Усилителя с обратной и без обратной связи

 

Физический смысл повышения стабильности коэффициента усиления усилителя с отри­цательной обратной связью заключается в том, что при изменении коэффициента усиления изменяется на­пряжение обратной связи , приводящее к измене­нию входного напряжения усилителя, препятствующего изменению выходного напряжения. Стабильность коэффициента при введении ООС широко используется для улучшения амплитудно-частотной характеристики усилителей переменного сигнала, при этом полоса пропускания усилителя расширяется.

Рассмотрим влияние последовательной обратной связи на входное и выходное сопротивления в диапазоне средних частот. Входное сопротивление усилителя с обратной связью определяет­ся как

Используя соотношение , получим

т.е. входное сопротивление каскада при последовательной обрат­ной связи по напряжению возрастает в раз, а положи­тельная обратная связь уменьшает его в раз.

Найдём выходное сопротивление усилителя по значению выходного тока , протекающего под действием приложенного напряжения , при замкнутом генераторе на входе :

Выходной ток определяется выражением

(2.17)

при этом

(2.18)

Подставив выражение (2.18) в (2.17), получим

(2.19)

(2.20)

 

Из выражения (2.20) видно, что выходное сопротивление усилителя, охваченного ООС, уменьшается. Увеличение входного и уменьшение выходного сопротивлений усилителя с ООС — очень ценные свойства для его оконечных каскадов: обеспечива­ется меньшая зависимость выходного напряжения усилителя при изменении сопротивления нагрузки, усилитель приближается посвоим параметрам к идеальному источнику напряжения.

 

 

1.2.8 Последовательная обратная связь по току

Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по току приведена на рис. 1.18. Напряжение обратной связи снимается с резистора, включенного последовательно с нагрузкой , при протекании через резисторы выходного тока .

Коэффициент передачи для последовательной обратной свя­зи по току представляет собой проводимость или крутизну передачи. Однако удобнее анализировать схему с помощью коэффици­ента передачи напряжения:

(2.21)

 

Рисунок 1.18 Последовательная обратная связь по току

 

Для входной цепи справедливо выражение а коэффициент усиления определяется выражением

(2.22)

выражение (2.21) показывает, что последовательная об­ратная связь по току оказывает такое же влияние на коэффици­ент усиления и его нестабильность, как и последовательная об­ратная связь по напряжению.

Входное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью, равно

(2.23)

где ; — проводимость прямой передачи усилителя с обратной связью, которая меньше нуля для отрицатель­ной обратной связи по току.

Поэтому входное сопротивление усилителя, охваченного от­рицательной обратной связью по току, увеличивается в раз, а положительнаяОС уменьшает его в раз.

Выходное сопротивление усилителя, охваченного последова­тельной обратной связью по току, определяется при подаче пере­менного напряжения на выход усилителя при коротком за­мыкании генератора ( ):

(2.24)

где

Данный тип обратной связи применяется тогда, когда необ­ходимо иметь очень большое выходное сопротивление усилителя. В этом случае усилитель эквивалентен генератору тока, и выход­ной ток не зависит от сопротивления нагрузки.

Независимо от вида отрицательная обратная связь умень­шает сигнал на входе, что вызывает:

1) уменьшение коэффициента усиления;

2) повышение стабильности коэффициента усиления усили­теля при изменении параметров транзисторов;

3) уменьшение уровня нелинейных искажений;

4) расширение полосы пропускания.
Последовательная отрицательная обратная связь уменьшает напряжение на входе усилителя и уменьшает входное сопротив­ление. Последовательная обратная связь по напряжению умень­шает выходное сопротивление, усилитель стремится к идеально­му источнику напряжения. Последовательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление, стабилизируя выход­ной ток усилителя.

Параллельная отрицательная обратная связь увеличивает входной ток, уменьшая входное и выходное сопротивления усилителя.

Отрицательная обратная связь нашла широкое применение в реальных устройствах. Положительная обратная связь в усили­телях нежелательна, однако в них могут самопроизвольно возни­кать паразитные положительные обратные связи, существенно ухудшающие их работу. Существует несколько видов паразитных обратных связей:

- между каскадами через цепи питания;

- емкостная (электростатическая), обусловленная паразитны­ми емкостями между выходом и входом усилителя;

- магнитная, появляющаяся при близком расположении входных и выходных трансформаторов усилителя.

При наличии в усилителе даже слабой положительной свя­зи ухудшается его работа: увеличиваются частотные и нелиней­ные искажения. При сильной паразитной связи ( ) усили­тель самовозбуждается, т.е. в нём возникает генерация на определенной частоте. В многокаскадных усилителях, имеющих один источник питания, возникают паразитные обратные связи между каскадами через цепи питания. Мощные оконечные кас­кады создают на внутреннем сопротивлении источника питания падение напряжения от переменной составляющей тока. Это пе­ременное напряжение попадает в цепи питания первых каскадов усилителя, вызывая нежелательные паразитные обратные связи. Для устранения таких связей применяют развязывающие RC-фильтры, В некоторых случаях первые каскады усилителя тоже имеют отдельные источники питания. Емкостные и индуктивные (магнитные) обратные связи возникают из-за плохого монтажа, когда входные цепи располагаются вблизи выходных. Между элементами входной и выходной цепей возникают ёмкость и вза­имная индуктивность. Такие паразитные связи устраняются эк­ранированием первых каскадов, рациональным монтажом и тре­буют большого практического опыта.

 

Раздел 1.2.4 Режимы работы усилительных каскадов (Лекция 7, 2 часа)

Учебные вопросы:

1. Режим класса А

2. Режимы классов В, АВ

3. Режимы классов С, D

 

1.2.9. Режимы работы усилительных каскадов

В зависимости от значений постоянного тока и падения на­пряжения на транзисторе усилительного каскада и амплитуды входного усиливаемого сигнала различают основные режимы ра­боты усилительного каскада: А, В, С, D, АВ.

Рисунок 1.19 Графическая иллюстрация работы усилительного каскада в режиме классаА

 

В режиме классаАположение рабочей точки выбирается таким образом, чтобы при движении по линии нагрузки она не заходила в нелинейную начальную область коллекторных харак­теристик и в область отсечки коллекторного тока. На входной характеристике (рис. 1.19, а) рабочая точка выбирается так, что­бы входной сигнал полностью помещался на линейном участке, а значение тока покоя располагалось на середине этого линейно­го участка. Амплитуды переменных составляющих входного и выходного токов, появившихся вследствие входного сигнала (рис. 1.19, б), в режимеАне могут превышать токи покоя и соответственно. Режим классаАхарактеризуется работой транзистора на почти линейных участках своих вольтамперных характеристик. Это обуславливает минимальные нелинейные ис­кажения сигнала ( ). Режим классаАявляется наименее экономичным в виду того, что полезной является мощность, вы­деляемая в выходной цепи за счет переменной составляющей вы­ходного тока. Потребляемая мощность определяется значительно большими величинами постоянных составляющих , .

В связи с этим КПД усилительного каскада в режимеА невелик, всегда меньше 40%. Этот режим применяется в тех случаях, ко­гда необходимы минимальные нелинейные искажения, а полез­ная мощность и КПД не являются решающими; это каскады предварительного усиления и маломощные выходные каскады.

Режим классаВ— это режим работы транзистора, при ко­тором ток через него протекает в течение половины периода входного сигнала. Положение рабочей точки на ВАХ транзистора выбирается так, чтобы ток покоя был равен нулю (рис. 1.20).

 

Рисунок 1.20 Графическая иллюстрация работы усилительного каскада в режиме классаВ

В режиме классаВтранзистор открыт лишь в течение половины периода входного сигнала. В этом случае выходной ток имеет форму импульса с углом отсечки . Углом отсечки называют половину времени периода входного сигнала, в течение кото­рой транзистор открыт и через него протекает ток. Небольшая мощность, потребляемая каскадом, позволяет получить высокое КПД усилителя, в пределах 60...70%. Режим классаВприменя­ется в двухтактных каскадах, где прекращение протекания тока в одном транзисторе (первом плече) компенсируется появлением тока в другом транзисторе (другом плече каскада). Из-за нели­нейности начальных участков характеристик транзисторов форма выходного тока (при малых его значениях) существенно отлича­ется от формы тока, если бы имел место линейный характер ха­рактеристик. В свя­зи с этим режим классаВ характе­ризуется больши­ми нелинейными искажениями сиг­нала ( ), и этот режим ис­пользуется пре­имущественно в мощных двухтакт­ных каскадах усиления, однако в чистом виде его применяют сравнительно редко. Чаще в качестве рабочего режима используют промежуточный режим АВ.

Режим класса АВиспользуется для уменьшения нелиней­ных искажений усиливаемого сигнала, которые возникают из-за нелинейных начальных участков ВАХ транзисторов (рис. 1.21). При отсутствии входного усиливаемого сигнала в режиме покоя транзистор немного приоткрыт и через него протекает ток, рав­ный 5... 15% максимального тока при заданном входном сигнале. Угол отсечки в режиме класса АВнесколько больше и достигает 120...130^°.

 

Рисунок 1.21 Графическая иллюстрация работы усилительного каскада в режиме класса АВ

 

При работе двухтактных каскадов в режиме АВпроисходит перекрытие положительной и отрицательной полуволн тока плеч двухтактного каскада, что приводит к компенсации искажений( ), полученных за счет нелинейности начальных участков ВАХ транзистора. КПД каскадов, работающих в режиме АВ, вы­ше, чем каскадов в классеА, но меньше, чем в классе В, за счет наличия малого входного тока покоя .

Режим классаС — это режим работы ак­тивного элемента (тра­нзистора), при кото­ром ток через него протекает в течение времени, меньшего половины периода входного сигнала (рис. 1.22). Угол отсечки меньше , а ток по­коя равен нулю. По­скольку больше половины рабочего вре­мени транзистор закрыт, мощность, потребляемая от источника питания, снижается, так что КПД каскадов повышается, при­ближаясь к 100%.

Рисунок 1.22 Графическая иллюстрация работы усилительного каскада в режиме классаС

С уменьшением угла отсеч­ки в импульсе тока возрастают уровни высших гармоник по отношению к уровню первой. В связи с большими нелиней­ными искажениями режим классаС не используется в усилителях звукового диапа­зона частот, а используется в мощных двухтактных каска­дах усилителей мощности ра­диочастот, нагруженных на резонансный контур и обеспечивающих в нагрузке токпервой гармоники.

Режим класса D— это режим, при котором транзистор на­ходится только в двух состояниях: закрыт или открыт. В закры­том состоянии через транзистор протекает небольшой обратный ток, его электрическое сопротивление велико, падение напряже­ния на нем примерно равно напряжению источника питания. В открытом состоянии через транзистор протекает большой» ток, его электрическое сопротивление очень мало, мало и падение на­пряжения на нем. В связи с этим потери в транзисторе в режиме класса Dничтожно малы и КПД каскада приближается к 100%.

Таким образом, режим работы усилителя определяется за­данием рабочей точки активного элемента в режиме покоя. В ре­жиме классаАтранзистор работает без отсечки тока с минималь­ными нелинейными искажениями. В режимах АВ, В, С, D транзистор работает с отсечкой тока.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Техники безопасности при подготовительных работах.
2. II.Техника безопасности при возведении земляного полотна.
3. III. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ УЧАСТНИКОВ И ЗРИТЕЛЕЙ, МЕДИЦИНСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, АНТИДОПИНГОВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СПОРТИВНЫХ СОРЕВНОВАНИЙ
4. IV. ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
5. IЭкономические последствия безработицы
6. SecurityManager – менеджер безопасности
7. V. Организационные мероприятия по обеспечению безопасного проведения работ в электроустановках
8. V. Регламент переговоров машиниста и помощника машиниста по поездной радиосвязи
9. VI. Взаимоотношения (служебные связи)
10. XLI. Охрана труда при выполнении работ со средствами связи, диспетчерского и технологического управления
11. Административно-правовой статус граждан РФ,иностранцев и лиц без гражданства.
12. АДМИНИСТРАТИВНО-ПРАВОВОЙ СТАТУС ИНОСТРАННЫХ ГРАЖДАН И ЛИЦ БЕЗ ГРАЖДАНСТВА В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ