шпоры эпиу. Усилители. Параметры и характеристики усилителей

• Название: Усилители. Параметры и характеристики усилителей
• Анкор: шпоры эпиу.doc
• Дата: 09.09.2018
• Размер: 5.58 Mb.
• Имя файла: шпоры эпиу.doc
• Тип: Документы; #24328
• страница: 2 из 5

62. Влияние обратной связи на параметры и характеристики усилителей

Обратная связь, в особенности отрицательная, оказывает значительное воздействие практически на все основные параметры усилителя, существенно улучшая его свойства. Отрицательная обратная связь снижает коэффициент усиления усилителя, а положительная увеличивает.

Стабильность коэффициента усиления. Под действием различных внешних факторов, а также за счет временного дрейфа параметров и старения элементов усилителя значение коэффициента усиления может изменяться. Величина этого изменения оценивается коэффициентом нестабильности, который представляет собой дифференциальный параметр и учитывает влияние всех факторов.

Для усилителя без обратной связи он может быть найден как:

Соответственно для усилителя с обратной связью:
Если в усилителе имеется отрицательная обратная связь, то:




откуда можно получить:




и умножив левую и правую часть на К:




Тогда:
Отношение:

показывает, что относительное изменение коэффициента усиления при наличии отрицательной обратной связи в раз меньше , чем без обратной связи. Таким образом, отрицательная обратная связь оказывает стабилизирующее действие на работу усилителя, причем это воздействие тем выше, чем больше глубина обратной связи. Особо следует отметить случай, когда и ,т.е. коэффициент усиления не зависит от изменения параметров самого усилителя и определяется только глубиной обратной связи. Это обусловлено тем, что любое изменение коэффициента усиления сразу вызывает изменение UОС, знак которого противоположен входному напряжению. Изменение UOC происходит до тех пор, пока выходное напряжение не вернется к исходному значению, т.е. происходит его эффективная стабилизация. В целом, наличие отрицательной обратной связи позволяет получить высокую стабильность коэффициента усиления при наличии значительного разброса параметров элементов аппаратуры.
Полоса пропускания. За счет повышения стабильности коэффициента усиления "завалы" АЧХ в области низких и высоких частот будут значительно ослаблены. Это хорошо видно из рис. 1.9, где приведены АЧХ усилителя без обратной связи и при наличии ООС. Введение отрицательной обратной связи приводит к расширению полосы пропускания , а также уменьшает частотные и фазовые искажения в раз:

при этом АЧХ становится более равномерной. Следует отметить, что введения в контур обратной связи частотно-зависимых звеньев можно добиться эффективной коррекции формы АЧХ.



Рисунок 1.9 – Влияние ООС на АЧХ усилителя

Входное сопротивление. Рассмотрим усилитель с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению (рис. 1.10).



Рисунок 1.10 – Усилитель с ООС по напряжению

Входное сопротивление усилителя с ООС может быть найдено как:



Входное сопротивление без обратной связи равно:

поэтому:

т.е. наличие последовательной отрицательной обратной связи по напряжению повышает входное сопротивление усилителя.



Рисунок 1.11- Усилитель с параллельной ОС

Напротив, параллельная обратная связь оказывает противоположное действие.




Из рис. 1.11 можно записать соотношение проводимостей:

В свою очередь




Отсюда
т.е. при наличии параллельной ОС происходит снижение входного сопротивления за счет увеличения входного тока.

Выходное сопротивление. Рассмотрим схему рис. 1.7. Выходное сопротивление усилителя без ОС






При наличии обратной связи выходное сопротивление:
Таким образом, ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя. Напротив, при наличии ООС по току (рис.1.8) выходное сопротивление может быть найдено как:

т.е. возрастает.

Следует отметить, что при определенных фазовых и амплитудных соотношениях в усилителе за счет отрицательной обратной связи могут возникать неустойчивые режимы работы.
63. Термостабилизация в усилительных каскадах

Транзисторы установленные в электронной аппаратуре, во время работы подвергаются нагреванию как за счет собственного тепла, выделяющегося при протекании по ним тока, так и за счет внешних источников тепла, например, расположенных рядом нагревающихся деталей. Изменение температуры оказывает значительное влияние на работу полупроводниковых приборов. В этом отношении не составляют исключения и транзисторы. В качестве иллюстрации этого приведем пример изменения под действием температуры входных и выходных статических характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (рис. 3.42). Расчеты показывают, что при таком значительном изменении характеристик, а с ними и параметров, работа усилительного каскада в условиях меняющейся температуры может стать совершенно неудовлетворительной. Для устранения этого недостатка в схемы усилителей вводится температурная стабилизация. В первую очередь это касается стабилизации положения начальной рабочей точки. Наибольшее распространение для этой цели получили две схемы стабилизации: эмиттерная стабилизация и коллекторная стабилизация.



Рис. 3.42. Влияние температуры на статические характеристики транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером

Схема эмиттерной стабилизации

В схеме усилительного каскада на рис. 3.43 в цепь эмиттера включено сопротивление , шунтированное конденсатором . Для создания смещения здесь используется делитель напряжения . В соответствии с выбранным положением начальной рабочей точки, определяемой напряжением смещения, в коллекторной цепи транзистора протекает начальный коллекторный ток . Этот ток создает на эмиттерном сопротивлении падение напряжения.

Полярность этого падения напряжения направлена навстречу падению напряжения на сопротивлении делителя напряжения, создающего напряжение смещения. Поэтому результирующее напряжение, определяющее смещение рабочей точки составляет:
(3.59)



Рис. 3.43. Схема эмиттерной стабилизации положения рабочей точки

При повышении температуры транзистора его начальный коллекторный ток возрастает, и следовательно возрастает второе слагаемое в (3.59). Это приводит к снижению величины напряжения на базе и к уменьшению тока базы смещения и к снижению начального коллекторного тока . То есть в данной схеме имеет место передача части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную, что называется обратной связью.

Если подаваемый с выхода на вход усилителя сигнал обратной связи находится в противофазе с входным, ослабляет его, то такая обратная связь называется отрицательной, а если наоборот, сигнал обратной связи находится в фазе с входным сигналом и усиливает его, то такая обратная часть называется положительной.

В нашем случае сигнал обратной связи вычитается из напряжения , приложенного к входу усилителя, то есть обратная связь здесь отрицательная, а поскольку сигнал обратной связи пропорционален выходному (коллекторному) току, то такая обратная связь называется обратной связью по току. Легко показать, что отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя, но зато стабилизирует его начальную рабочую точку. Для того чтобы усиливаемый полезный сигнал (сигнал переменного тока) не ослаблялся под действием вводимой обратной связи, параллельно сопротивлению обратной связи включается конденсатор . Имея малое сопротивление по переменной составляющей, он пропускает ее через себя, а постоянная составляющая протекает через . Поэтому в сигнале обратной связи нет падения напряжения от переменной составляющей, и следовательно не будет уменьшаться коэффициент усиления.

Схема коллекторной стабилизации

В этой схеме (рис. 3.44, а) стабилизация осуществляется введением отрицательной обратной связи по напряжению. Действительно, при повышении температуры возрастает начальный ток коллектора . Это приводит к увеличению падения напряжения на сопротивлении и к уменьшению напряжения :




(3.60)
т. е. отрицательный потенциал коллектора относительно эмиттера будет уменьшаться; а поскольку он через резистор приложен к базе транзистора, то и отрицательный потенциал базы относительно эмиттера будет уменьшаться, т. е. будет снижаться начальный базовый ток (ток смещения), а начальный коллекторный ток вернется к прежнему значению.



Рис. 3.44. Схемы коллекторной стабилизации положения рабочей точки

Здесь, так же как и в предыдущей схеме под действием сигнала обратной связи стабилизируется начальный коллекторный ток . Чтобы при этом не снижать коэффициент усиления по переменной составляющей и не ослаблять полезный сигнал, в схему вводят конденсатор (рис. 3.44, б). В этом случае резистор заменяют двумя резисторами и . Переменная, составляющая коллекторного напряжения, замыкается через конденсатор и практически не оказывает влияние на напряжение транзистора, а следовательно и на коэффициент усиления полезного сигнала.

64. Обратная связь в многокаскадных усилителях ( или см. 61)

Обратная связь может быть использована и в многокаскадных уси-лительных схемах, если правильно учесть фазовые соотношения. В среднем диапазоне частот для схем, имеющих нечетное число каскадов, со входом по сетке и выходом по аноду фазовый угол коэффициента усиления равен 180°, умноженному на нечетное число, т.е. усиление отрицательно. Часть выходного напряжения вводится в сеточную цепь по цепи обратной связи, и коэффициент обратной связи будет — А$. Такая схема приведена на рис. 7-8.Для схем, имеющих четное число каскадов, со входом по сетке и анодным выходом фазовый угол коэффициента усиления равен 180°, умноженному на четное число, т.е. усиление положительно. Тогда цепь обратной Рис 7.8 Схема катодного связи (3 должна перед введением напряжения обратной связи на вход обеспечить сдвиг фазы этого напряжения еще на 180°, что легко получается, если напряжение обратной связи ввести в цепь катода первого каскада. Подобная двухкаскадная схема показана на рис. 7-9, а. В схеме через сопротивление RK создается также связь по току. Схемы, указанные на рис. 7-9, б и рис. 7-9, в, иллюстрируют методы осуществления обратной связи со вторичной обмотки выходного трансформатора. Трансформатор входит в цепь обратной связи, причем частотные и амплитудные искажения на выходе трансформатора уменьшаются.

Схема, указанная на рис. 7-9, б, дает обратную связь по току, а схема рис. 7-9, в — обратную связь по напряжению. В подобных схемах можно получить положительную и отрицательную обратную связь; нужный знак ее обеспечивается выбором полярности обмоток трансформатора. Применение трансформатора обусловливает наличие в схеме некоторого сдвига фазы, что может создать трудности, рассматриваемые в разделе 7-11. На рис. 7-9, г приведена схема обратной связи одновременно по току и напряжению.
Коэффициент усиления лампы уменьшается обратной связью по напряжению, и результирующее сопротивление анодной цепи путем выбора RK и р может быть сделано как большим, так и меньшим, чем сопротивление без обратной связи. Таким образом, схема дает возможность изменять эквивалентное выходное сопротивление усилительного устройства. Рис. 7-9, г иллюстрирует способ введения обратной связи по напряжению в двухтактном усилителе.

Обратная связь может быть осуществлена и другими способами.
65. Однокаскадный усилитель RC-типа на БТ с общим эмиттером (построение эквивалентной схемы)

Усилительные каскады на биполярных транзисторах с резисторными нагрузками в цепи коллектора нашли широкое приме­нение в предварительных каскадах усиления. Они обеспечивают

усиление по напряжению, току, мощности.

Принципиальная схема усилительного резисторного каскада с ОЭ представлена на рис. 10.22. Входной сигнал поступает на базу транзистора от генератора напряжения с внут­ренним сопротивлением R_r. Раз­делительный конденсатор С_р1 служит для предотвращения протекания постоянной состав­ляющей тока базы через источ­ник входного сигнала. При отсутствии С_р1 в цепи источника входного сигнала входного сигнала создавался бы постоянный питания Uип который мог бы вызвать падение напряжения на внутреннем сопротивлении Rг источника сигнала, изменяющее режим работы транзистора и приводящее к нагреву источника сигнала. Конденсатор С_p2 на выходе усилительного каскада обеспечивает выделение переменной составляющей коллекторного напряжения, которая поступает на нагрузочное устройство с со­противлением R_n. Элементы R₁, R₃, R_эобеспечивают режим каскада по постоянному току и температурную стабилизацию.

66. Однокаскадный усилитель RC-типа на БТ с общим эмиттером (анализ параметров по переменному току)

Параметры усилителя (коэффициенты усиления по току KI, напряжению KU и мощности Kp _ρ; входное Rвх и выходное Rвых сопротивления) находятся с использованием аналитического метода, при котором на основе малосигнальной эквивалентной схемы транзистора строится эквивалентное представление каскада по переменному току и проводится его расчет по переменному току (рис. 10.23).

Входное сопротивление в области средних частот каскада с ОК определяется параллельным соединением резисторов R1, R2 и входным сопротивлением транзистора :



Входное сопротивление транзистора определяется выражением



Анализ выражений (4.1) и (4.2) показывает, что входное сопротивление транзистора и входное сопротивление каскада с ОК больше, чем в схеме с ОЭ.

Причем входное сопротивление зависит от сопротивления нагрузки. В практических схемах Rвх достигает значений 100…300 кОм. Для увеличения входного сопротивления часто используют схему без резистора R2. Высокое входное сопротивление является одним из главных преимуществ каскада с ОК. Это позволяет использовать ЭП в качестве нагрузки для источника сигнала, имеющего большое внутреннее сопротивление.



Выходное сопротивление каскада с ОК представляет собой сопротивление схемы со стороны эмиттера и определяется выражением



Выходное сопротивление каскада с ОК мало, имеет величину порядка десятков ом (10…50 Ом) и зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала. Малое выходное сопротивление ЭП позволяет использовать этот каскад в качестве источника сигнала, работающего на низкоомную нагрузку. Коэффициент усиления по току в каскаде с ОК определяется соотношением:






где

тогда



Анализ выражения (4.5) показывает, что каскад с ОК имеет большую величину коэффициента усиления по току, чем каскады с ОЭ и ОБ.

Коэффициент усиления по напряжению каскада с ОК задается выражением



Коэффициент усиления по напряжению каскада с ОК меньше единицы. Каскад с ОК характеризуется высоким входным сопротивлением (сотни килоом), зависящим от сопротивления нагрузки; низким выходным сопротивлением (единицы–десятки ом), зависящим от внутреннего сопротивления источника сигнала; высоким коэффициентом усиления по току; низким коэффициентом усиления по напряжению, меньшим единицы. Начальные фазы входного и выходного сигналов ЭП совпадают. Поэтому ЭП обычно используют для согласования высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой.