3.5. НЕЛИНЕЙНОЕ УСИЛЕНИЕ

Усилители, т. е. устройства, увеличивающие мощность сигнала, относятся к числу наиболее распространенных устройств техники связи. Усилители сигналов малой амплитуды обычно бывают линейными. Усилители сигналов большой амплитуды также могут быть линейными. Однако, как показано ниже, используя нелинейные режимы, можно заметно улучшить их важнейшие характеристики.

Рассмотрим этот вопрос на примере резонансного усилителя, на вход которого подан гармонический сигнал Схема его отличается от схемы умножителя частоты (рис. 3.13)

только тем, что контур в выходной цепи настраивается на частоту входного сигнала. Вольт-амперную характеристику активного элемента считаем кусочно-линейной (рис. 3.19) с крутизной наклонного участка Линейное усиление имеет место тогда, когда входной сигнал не выходит за пределы линейного участка характеристики как показано на рис. 3.19 а, в результате выходной ток изменяется по тому же закону, что и Ток в выходной цепи содержит постоянную составляющую и переменную частоты с амплитудой

Рис. 3.19

Пренебрегая влиянием выходного напряжения на ток получаем напряжение на контуре где эквивалентное сопротивление контура. Выбирая получим коэффициент усиления по напряжению

Мощность, расходуемая источником энергии, а полезная мощность переменного тока в нагрузке

Коэффициент полезного действия усилителя с учетом (3.31) и (3.32)

В линейном режиме (рис. 3.19а) и амплитуда напряжения на контуре не может быть больше Принимая получим в самом благоприятном случае

В нелинейном режиме усиления (рис. 3.196), т. е. при работе с углом отсечки величина Используя приведенную на рис. 3.8 зависимость от 0, убеждаемся в том, что при и если может быть увеличен до Дальнейшее уменьшение 0 обычно не допускается, так как при этом значительно уменьшается а значит, и полезная мощность

Часть мощности источника

не превращается в полезную колебательную мощность и бесполезно расходуется в приборе, вызывая его разогрев. Это обстоятельство является одной из основных причин, ограничивающих возможность увеличения выходных мощностей транзисторных усилителей. В связи с этим поиски режимов работы и схем, в которых могут быть получены большие значения КПД, являются задачами весьма актуальными. Мощность может быть определена как среднее значение мгновенной мощности, выделяющейся в приборе:

где мгновенные значения напряжения на активном элементе и выходного тока. Уменьшение этой мощности ведет к увеличению КПД.

В последнее время в мощных ламповых и особенно транзисторных усилителях получают распространение нелинейные режимы, называемые ключевыми. Они характеризуются тем, что ток через нелинейный элемент протекает, когда когда же ток . В результате в соответствии с (3.58) мощность поэтому

Таким образом, в нелинейных режимах усиления удается получить значительно большее КПД, чем в линейных.