Режимы усиления (класс «А», класс «В», класс «С», класс«Д»)

Режимы усиления выделены в несколько классов. Для усилителей

наиболее распространенными классами усиления являются классы А, В, С, Д. На рис. 2.10, б даны временные диаграммы коллекторного тока в режимах усиления класса «А» и «В». Форма коллекторного тока дает представление об уровне нелинейных искажений в выходном сигнале усилителя в зависимости от класса усиления.

В режиме класса «А» форма коллекторного тока почти идеальная, то есть уровень нелинейных искажений в выходном сигнале усилителя будет практически незаметен. Такая совершенная форма выходного тока возможна лишь в том случае, если рабочая точка задана на квазилинейном участке ВАХ (в данном случае это точка РТ₁): положение РТ выбирают так, чтобы амплитуда переменной составляющей выходного тока была меньше тока покоя. В режиме класса»А» ток через транзистор течет непрерывно в течение всего периода изменения входного сигнала. Для оценки времени протекания тока через транзистор вводится понятие угла отсечки коллекторного тока «q» - это половина интервала времени, в течение которого через транзистор течет ток. Угол отсечки коллекторного тока выражен обычно в градусах или радианах. В режиме класса «А» угол отсечки коллекторного тока q _А = 180^о. К недостатку рассмотренного режима следует отнести низкий коэффициент полезного действия (КПД < 0,5), так как в этом режиме велик коллекторный ток покоя I_кп. Из-за низкого КПД режим класса «А» рекомендуется использовать в каскадах предварительного усиления, а также в маломощных выходных каскадах.

В режиме класса «В» (на рис. 2.10, а - РТ₂) форма коллекторного тока далека от идеальной, то есть уровень нелинейных искажений, по сравнению с режимом класса «А», резко возрос. Но КПД усилителя достаточно высокий, так как ток покоя сильно уменьшился, поэтому режим класса «В» рекомендуется использовать в двухтактных выходных усилителях средней и большой мощности, надо отметить, что в чистом виде этот режим используется редко. Чаще в качестве рабочего режима используется промежуточный режим - режим класса «АВ» в котором меньше нелинейные искажения. Угол отсечки коллекторного тока в режиме класса «В» в идеальном случае q _В = 90 ^о, а в режимекласса «АВ» - < 90 ^о.

В режиме класса «С» ток покоя равен нулю, угол отсечки меньше, чем в режиме класса «В». Режим класса «С» рекомендуется использовать в

мощных резонансных усилителях, где нагрузкой является резонансный контур.

В режиме класса «Д» транзистор находится в двух устойчивых состояниях - открыт-закрыт, то есть режим класса «Д» - это ключевой режим.

Рис. 2.10. Режимы усиления класса «А» и В: а - передаточная ВАХ;
б - временные диаграммы коллекторного тока для режимов кл. «А» и кл. «В»; в - временные диаграммы входного напряжения при разных положениях РТ

В качестве усилителей мощности на биполярных транзисторах наибольшее распространение получили схемы с общим эмиттером, так как при таком включении схема обеспечивает усиление и по току и по напряжению. Хорошим усилением по напряжению обладает схема усилителя на транзисторе с ОБ. но она не усиливает по току. Схема усилителя на транзисторе с ОК лучше других усиливает по току, но усиления напряжения в ней нет. Рабочий режим транзистора в схемах с ОЭ и ОБ характеризуется включением нагрузки в цепь коллектора (рис. 2.11, а, рис. 2.12, а соответственно), а в схеме с ОК - в цепь эмиттера (рис. 2.12, б).

В зависимости от частотного диапазона характер нагрузки меняется; в диапазоне звуковых частот в качестве такой нагрузки используется обычный резистор, а в высокочастотном диапазоне - избирательная система, например, колебательный контур. В связи с этим различают: усилители звуковых частот (УЗЧ, прежнее название УНЧ) и усилители радиочастот (УРЧ, прежнее название УВЧ). На рис. 2.11, а, б, даны упрощенные схемы УЗЧ и УРЧ соответственно.

В схемах рис. 2.11, а, б: ГЗЧ - генератор напряжения звуковой частоты; ГРЧ - генератор напряжения радиочастот (высокой частоты).

а) б)

Рис. 2.11. Схемы усилителей: а - усилитель звуковой частоты; б - усилитель радиочастот

2.8.4. Усилители напряжения звуковых и средних частот

Приведены анализ, сравнительная оценка схемам усилителей, способы подачи напряжения смещения в цепь базы, расчет элементов смещения и элементов температурной стабилизации положения РТ на ВАХ

Кроме схемы, данной на рис. 2.11, а, в электронике широко используются схемы усилителей на транзисторе с общей базой и общим коллектором (рис. 2.12, а, б соответственно).

На рис. 2.13, а дана схема одиночного каскада усилителя, выполненного также на транзисторе с ОЭ, но, в отличие от схемы
рис. 2.11, а, в ней используется другой метод подачи смещения в цепь базы.

а) б)

Рис. 2.12. Схемы усилителей ЗЧ: а - с ОБ; б - с ОК

а) б)

Рис. 2.13. Схема УЗЧ и его частотная характеристика а - схема усилителя; б - идеальная частотная характеристика усилителя

2.8.4.1. О назначении элементов в схемах уcилителей

на рис. 2.11, а; рис. 2.12, а, б; рис. 2.13, а

Генератор переменной ЭДС (ГЗЧ) на входе усилителя - напряжение этого генератора надо будет усиливать.

Разделительные конденсаторы С_р1 и С_р2 предотвращают попадание постоянной составляющей на вход усилителя от генератора переменной эдс. Сопротивления этих конденсаторов на самой низкой частоте должно быть минимальным, чтобы не произошло «завала» частотной характеристики на низкой частоте (срезы частот на низкой и на высокой частотах на
рис. 2.13, б).

Е_к - напряжение источника питания;

С_б - конденсатор, блокирующий источник питания, предотвращает потери полезного напряжения на внутреннем сопротивлении источника Е_к.

Конденсатор С_э устраняет ООС по переменной составляющей тока, чтобы не происходило уменьшения коэффициента усиления.

Резисторы R _б1 , R _б2 , R _э - элементы смещения и температурнойстабилизации. Резистор R _к - нагрузка в коллектоной цепи.

2.8.4.2. Автоматическая подача напряжения смещения в цепь
базы и температурная стабилизация положения рабочей точки

Для нормальной работы усилительного каскада (отсутствие нелинейных, частотных искажений, влияние температурного фактора и пр.) необходимо обеспечить требуемый режим при отсутствии входного сигнала, то есть установить определенные токи и напряжения, значения которых зависят от схемного решения усилительного каскада и от выбора рабочей точки на семействе его входных и выходных характеристик.

Рабочая точка на ВАХ задается постоянными составляющими токов и напряжений в режиме покоя. Вопрос задания рабочей точки (РТ) решается двумя способами - она задается либо автономным независимым источником, либо автоматической подачей напряжения смещения в цепь базы. В реальных схемах усилителей отдается предпочтение второму способу, так как первый способ неэкономичен и особенно это заметно в многоступенных усилителях. В схемах рис. 2.11, а, 2.12, а, б, 2.13, а рабочая точка задается автоматической подачей напряжения смещения. В схемах усилителей на рис. 2.11 и 2.12, а рабочая точка задана методом фиксированного тока (через гасящий резистор R_б1), а в схемах на рис. 2.12, б и рис. 2.13, а - методом фиксированного напряжения (с помощью делителя напряжения из резисторов R_б1и R_б2). При изменении температуры режим транзистора, как было отмечено выше, может измениться. Следовательно, важно не просто задать РТ на ВАХ, но надо еще и обеспечить ей температурную стабильность. Один из способов стабилизации положения РТ на ВАХ предложен в схеме рис. 2.13, а - в цепь эмиттера включен резистор R_э, на котором формируется напряжение обратной связи. Напряжение на резисторе R_э в цепи эмиттера (U_эп = I_эпR_э) - это напряжение отрицательной обратной связи (ООС); при изменении температуры за счет изменения сквозного тока I _кэо изменяется ток коллектора, следовательно, изменяется и постоянная составляющая тока в цепи эмиттера I_эп, при этом меняется и падение напряжения U _эп на резисторе R _э. Следовательно, напряжение на базе уменьшается, ток базы уменьшается до заданного значения. Таким образом, напряжение на R_э изменяется пропорционально току коллектора, следовательно, в схеме усилителя действует ООС по току, которая и обеспечивает температурную стабилизацию РТ.

В параграфе 2.8.6 дана подробная информация об обратных связях в усилителях.

2.8.4.3. Расчет элементов смещения и температурной стабилизации

Сопротивление резистора смещения R_б1 в схеме рис. 2.11, а.

Резистор R_б1 и участок база-эмиттер транзистора образуют делитель напряжения в цепи источника Е_к..

(2.20)

Когда в схеме усилителя используется кремниевый транзистор, то напряжение, необходимое для отпирания эмиттерного перехода, составляет 0,6 - 0,9В. Обычное значение U _бэ_п = 0,7 В. Если пренебречь значением U _бэ_п, то станет ясно, что к резистору R _б1 прикладывается практически все напряжение источника Е_к, следовательно этот резистор имеет боьшое сопротивление и как бы фиксирует ток базы транзистора (поэтому метод назван методом фиксированного тока).

Сопротивление резистора смещения R_б1 в схеме рис. 2.12, а. Методика определения сопротивления R_б1 в схеме усилителя на транзисторе с ОБ точно такая же, как и в схеме рис. 2.11, а.

Сопротивления резисторов смещения R_б1 и R_б2 в схеме рис. 2.13, а.

Токи, протекающие через R_б1,- это сумма токов делителя и базы покоя

(I _д и I _бп). Эти токи должны быть взаимно независимыми, поэтому ток делителя берется значительно больше, чем ток базы покоя. В мощных каскадах усиления ток делителя берется больше тока базы покоя в 3-5 раз, а в случае маломощного усилителя - в 5-10 раз.

Рис. 2.14. Схема замещения участка входной цепи для определения сопротивления резистора R _б2

Через резистор R_б2 течет ток делителя. Напряжение U _б2 = I _д R _б2 на сопротивлении резистора R _б2 - это сумма напряжений U _бэ_п и U _э_п. Напряжение смещения U _бэ_п получается в результате алгебраического сложения постоянных напряжений, которые формируются на резисторах R _б2 и R _э и которые между собой включены последовательно, но встречно
(рис. 2.14).

За счет большого тока делителя напряжение на резисторе R _б2будет практически фиксированным (поэтому такой метод подачи напряжения смещения назван методом фиксированного напряжения).

И окончательно сопротивления резисторов R _б1 и R _б2

(2.21)

(2.22)

Сопротивление резистора в цепи эмиттера R_э(рис. 2.13, а)

(2.22а)

где I_эп = I_кп + I_бп- постоянная составляющая тока эмиттера.

Если в условии задачи не оговорено значение U _эп, то можно

ориентировочно принять

Сопротивление резистора R_к в цепи коллектора (рис. 2.13)

(2.23)

В режиме глубокого насыщения, когда напряжения на транзисторе становится практически равным нулю ( U _кэ » 0,05-0,1), ток в цепи коллектора ограничивается только сопротивлением резистора R _к .

2.8.4.4. Анализ усилительных и фазоинвертирующих свойств усилительных каскадов при разных схемах включения транзистора

Обозначим коэффициент усиления по току через К _I ,, коэффициент усиления по напряжению через К_U, коэффициент усиления по мощности через К_р, полезную мощность, выделенную в нагрузке через Р_вых.

Определение параметров усиления в усилителях с элементами обратной связи подробно дан в параграфе 2.8.6 «Обратные связи в усилителях».

Из всех схем усилителей только схема на транзисторе с ОЭ инвертирует (изменяет) фазу входного сигнала на выходе на противоположную, поэтому именно эту схему используют в качестве фазоинвертора. В ключевых схемах схема с ОЭ используется для выполнения логической операции логического отрицания (операция «НЕ»).

Анализ входного и выходного сопротивлений усилителей с обратной связью дан очень подробно в разделе 2.8.6, поэтому к этим параметрам мы вернемся в конкретных задачах с учетом частотного диапазона, в котором будет работать усилитель.

2.8.5. Графоаналитический расчет усилительных каскадов

Графоаналитический способ расчета позволяет использовать экспериментально определенные характеристики, поэтому ему чаще всего и отдается предпочтенье.

2.8.5.1. Построение нагрузочной характеристики

В основе графоаналитического способа расчета усилителя лежит

построение нагрузочной характеристики по постоянному току на статических вольт-амперных характеристиках транзистора (рис. 2.15, б). Фактически линия нагрузки - это вольтамперная характеристика резистора в цепи коллектора (например, резистор R _к в схеме рис. 2.11, а), или двух резисторов (например, резисторы R _к и R _э в схеме рис. 2.13, а), то есть линия нагрузки представляет собой вольтамперную характеристику той части схемы усилителя, в состав которой не входит нелинейный активный элемент (транзистор). В основе построения нагрузочной характеристики лежит уравнение транзистора в рабочем режиме:

- для схемы рис. 2.11, а, - для схемы рис. 2.13, а.

В данном случае работаем по схеме рис. 2.11, а. Так как элемент R_к имеет линейный характер, то и характеристика будет в виде прямой линии. Она может быть построена по двум точкам, при этом достаточно использовать два крайних состояния транзистора:

1-е состояние: транзистор закрыт, его сопротивление равно бесконечности, ток через прибор прекращается и напряжение на нем U_к » Е_к - это будет первая точка нагрузочной прямой (точка А); для конкретного транзистора расчетное U_кэ.доп должно быть больше Е_к справочного.

2-е состояние: транзистор открыт полностью, то есть его сопротивление падает почти до нуля, падение напряжения на нем близко к нулю, а ток - максимальный и ограничивается лишь элементом R_к. В этом случае ток коллектора называется током насыщения I _кн » Е_к/R _к . Следовательно, вторая точка нагрузочной характеристики будет лежать на оси тока (точка В); при выборе конкретного транзистора значение коллекторного тока, полученного при расчете, должно быть меньше справочного значения тока I_к.доп.

Соединив точки "А" и "В" прямой линией, получим нагрузочную характеристику по постоянному току - линия «АВ».

Все возможные значения токов и напряжений транзистора определяются в точках пересечения его ВАХ с линией нагрузки по постоянному току. Если, например, задан ток I_бп, то падение напряжения на транзисторе U_кэп и ток I_кп через него в режиме покоя будут определяться положением рабочей точки "РТ". Если входной ток (ток базы) увеличить до значения I_б5, то новые значения U_кэп и I_кп определяются положением точки "С" и т. д.

Внимание. Построив нагрузочную, убедитесь, что она укладывается в рабочую область ВАХ, для чего рассчитайте характеристику допустимой мощности рассеивания на коллекторном переходе и постройте гиперболу рассеяния . Нагрузочная характеристика должна располагаться ниже гиперболы рассеивания (на рис. 2.15, б. нерабочая область затемнена).

2.8.5.2. Определение протяженности рабочего участка

нагрузочной характеристики

Прежде чем задать положение рабочей точки на нагрузочной характеристике, необходимо определить протяженность рабочего участка нагрузочной.

Рис. 2.15. Выходные характеристики (б) и временные диаграммы усилителя: а - выходного тока I_k = f(t) ; в - выходного напряжения
U _кэ = f(t) ;

Конечно, для получения максимальной выходной мощности желательно использование всей нагрузочной характеристики, но в режиме насыщения транзистора в выходном сигнале заметно увеличивается уровень нелинейных искажений, а в режиме отсечки (когда ток базы равен нулю) имеет место неуправляемый ток Iкэо. За счет этих двух режимов протяженность рабочего участка нагрузочной характеристики ограничивается отрезком «CD».

2.8.5.3. Положение рабочей точки на ВАХ

На полученном рабочем участке «CD» в режиме покоя задается положение рабочей точки (РТ). Рабочая точка задается в таком месте нагрузочной характеристики, где при подключении генератора переменной ЭДС, изменения тока базы будут приблизительно симметричными относительно ее заданного положения, а мощность, потребляемая при этом усилителем, - минимальной. Следовательно, положение рабочей точки нелинейного активного прибора (транзистора) однозначно определяется управляющим сигналом со стороны входа. Рабочую точку, в общем случае, выбирают исходя из режима, в котором должен работать транзистор: если РТ задана правильно, то при подключении генератора входного сигнала приращения выходного напряжения ±DU_{вых.мак} будут такими, при которых транзистор продолжает работать в активном режиме, мощность, рассеиваемая на нем, не будет превышать допустимую, нелинейные искажения будут минимальными, коэффициент полезного действия (КПД) высоким и будут выполняться условия

;

где U _кэ_п, I _к_п - ток и напряжение коллектора в режиме покоя; U _кэм ,
I _км - амплитудные значения напряжения и тока коллектора; ; - допустимые значения напряжения на коллекторе и мощности, рассеиваемой на нем (их значения для данного типа транзистора берутся из справочной литературы).

Таким образом, рабочая точка должна располагаться ниже гиперболы рассеяния и левее вертикали .

2.8.5.4. Построение рабочей характеристики на входных ВАХ

После того как были проделаны все построения на выходных ВАХ транзистора, связанные с построением нагрузочной характеристики и определением положения рабочей точки на ней, необходимо построить рабочую характеристику на входных ВАХ и перенести все точки на нее с выходной нагрузочной. Так как семейство входных ВАХ представляет собой узкий пучок характеристик, то достаточно взять одну из них и использовать ее как рабочую (рис. 2.16).

Примечание. Для расчетов нельзя использовать характеристику, снятую при напряжении на коллекторе равном нулю.

Рабочая точка на входной рабочей характеристике должна строго соответствовать значению тока базы покоя на нагрузочной (в данном случае ток базы покоя I _б_п = 200 мкА). Напряжение на коллекторе очень слабо влияет на входные напряжение и ток, поэтому значение U _кэ для положения РТ не критично и может отличаться от U _кэ_п, установленного на нагрузочной характеристике. Точка D^’ на рабочей характеристике лежит на оси напряжения, так как базовый ток отсутствует, но эта точка лежит не в начале координат, потому что в цепи коллектор-эмиттер течет ток неосновных носителей I _кэо , за счет которого и создается падение напряжения на участке база-эмиттер.

По форме переменного напряжения на входе усилителя (рис. 2.16, в)можно судить об уровне нелинейных искажений во входном сигнале: U_бэ - это падение напряжения на входном сопротивлении транзистора, а оно имеет нелинейный характер, то есть сам транзистор может стать причиной дополнительных нелинейных искажений в выходном сигнале.

Заданное положение РТ на ВАХ характеризуется ее параметрами - I_бп, U_бэп, I_кп, U_кэп, P_кп, и эти параметры необходимо обеспечить в реальной схеме, выбрав соответствующие напряжения источников питания и смещения, а также рассчитать по этим параметрам номиналы режимных резисторов (R_б1,. R_б2, R_э, R_к) в соответствии с формулами 2.21, 2.22,
2.22, а, 2.23.

2.8.5.5. Параметры усиления

Кроме параметров по постоянной составляющей тока, по временным диаграммам (рис. 2.15, а, в и рис. 2.16, а, в) можно определить параметры усиления - коэффициенты усиления по току, по напряжению, по мощности, полезную мощность, выделенную в нагрузке:

(2.24)

(2.25)

(2.26)

(2.27)

Используя формулы (2.24 - 2.27) и параметры из временных диаграмм, определение параметров усиления не должно вызывать затруднений.

2.8.6. Обратные связи в усилителях

Обратной связью (ОС) называется такая электрическая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода усилителя подается обратно на его вход. Обратная связь может быть полезной или паразитной.

Полезная ОС способствует улучшению основных характеристик усилителя, а возникает она в результате применения специальных схем.

Паразитная ОС нарушает нормальную работу усилителя, а возникает она в результате взаимного влияния цепей друг на друга.

2.8.6.1. Полезная обратная связь в усилителях

Чтобы часть энергии усиленного сигнала с выхода усилителя передать на вход, необходимо между входом и выходом включить элемент обратной связи (ЭОС), или иначе - схему цепи обратной связи.

Обратная связь в усилителях может быть как по напряжению, так и по току: это зависит от того, как подключена цепь обратной связи к нагрузке на

выходе усилителя:

1. Обратная связь по напряжению: ЭОС подключается к выходу усилителя параллельно его нагрузке (рис. 2.17, а, в) и напряжение обратной связи (U ос) при этом будет прямо пропорционально выходному напряжению.

2. Обратная связь по току: цепь обратной связи подключается на выход усилителя последовательно с его нагрузкой (рис. 2.17, б).

3. Смешанная обратная связь: используется комбинация первых двух способов, при этом напряжение обратной связи содержит две составляющие, пропорциональные напряжению и току.

Обозначения на структурных схемах усилителей (рис. 2.17, а, б, в):

УЗЧ - усилитель напряжения звуковой частоты;

ЭОС - элемент обратной связи (цепь обратной связи - ЦОС);

Z н - сопротивление нагрузки усилителя;

U с - напряжение источника входного сигнала;

U вх - напряжение на входе усилителя;

U вых - напряжение на выходе усилителя;

U ос - напряжение обратной связи на выходе элемента обратной связи.

а) б) в)

Рис. 2.17. Структурные схемы усилителей, охваченных ОС: а, в - ОС по напряжению; б - ОС по току

По способу подключения ЭОС ко входу усилителя различают две разновидности ОС:

1. Последовательная ОС (рис. 2.17, а, б): цепь обратной связи подключается последовательно с источником сигнала на входе усилителя;

2. Параллельная ОС (рис. 2.17, в): цепь обратной связи подключается параллельно источнику сигнала на входе усилителя.

Примечание

Если схема усилителя окажется достаточно сложной для того, чтобы

определить, какой вид обратной связи (по току или по напряжению) используется в ней, то рекомендуется поступить следующим образом: мысленно закоротить цепь нагрузки, если при этом напряжение обратной связи исчезнет, это значит, что в схеме усилителя действует обратная связь по напряжению. Если же напряжение обратной связи исчезнет при обрыве цепи нагрузки, то это значит, что в схеме усилителя действует обратная связь по току.

Если требуется в этой схеме усилителя определить разновидность обратной связи (последовательная или параллельная), то нужно мысленно оборвать цепь источника сигнала, а затем его закоротить. Если при обрыве цепи источника сигнала напряжение обратной связи не подается на вход усилителя, то в схеме действует последовательная обратная связь, а если при коротком замыкании цепи источника сигнала напряжение обратной связи не подается на вход усилителя, то в схеме действует параллельная обратная связь.

Напряжение обратной связи, в зависимости от схемного решения цепи обратной связи, может быть в фазе или в противофазе со входным сигналом. Результатом воздействия на работу усилителя, в том и другом случаях, будет изменение одного из главных показателей усилителя - коэффициента усиления по напряжению усилителя, который показывает, во сколько раз напряжение на выходе больше напряжения на входе, поэтому есть смысл рассмотреть коэффициенты усиления по напряжению в схемах с обратными связями и без них.

Назовем коэффициент усиления напряжения усилителя без обратной связи коэффициентом прямой передачи и обозначим его через «К», а коэффициент усиления напряжения усилителя с обратной связью обозначим через «К ос» который в общем случае, имеет комплексный характер.

(2.28)

(2.29)

Чтобы оценить, какая часть напряжения с выхода через цепь обратной связи попадает на вход усилителя, вводится понятие коэффициента передачи цепи обратной связи - g:

(2.30)

Пределы изменения g от 0 до + 1 - при положительной обратной связи и от 0 до - 1 - при отрицательной обратной связи.

Чем больше g, тем глубже обратная связь. Напряжение обратной связи U ос в общем случае

U _ос = ± g U _вых .

При наличии обратной связи в усилителе на его вход поступает сумма напряжений - напряжение обратной связи и напряжение от источника
сигнала.

;

Если напряжение обратной связи окажется в фазе со входным сигналом, то такую обратную связь принято называть положительной - ПОС(автогенераторы, компараторы и пр. работают с положительной обратной связью). При положительной обратной связи общий коэффициент усиления увеличивается.

Если напряжение обратной связи окажется в противофазе со входным сигналом, то такую обратную связь принято называть отрицательной - ООС (усилители, автогенераторы, операционные усилители и пр).

Произведение ±gК называется фактором обратной связи, его знаксовпадает со знаком обратной связи; при положительной обратной связи знаменатель дроби уменьшается, а коэффициент усиления увеличивается, при отрицательной обратной связи знаменатель дроби увеличивается, а коэффициент усиления уменьшается.

Если фазовый сдвиг между напряжениями U с и U ос будет равен «p», то в этом случае

. (2.31)

И, следовательно, коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, уменьшается в раз по сравнению с коэффициентом усиления без ОС. В тех схемах, где используется глубокая отрицательная обратная связь коэффициент усиления усилителя практически не зависит от параметров усилительного тракта, так как произведение К g в этом случае значительно больше единицы, поэтому

(2.32)

Таким образом, в соответствии с (2.32) коэффициент усиления усилителя определяется только параметрами цепи ОС, что и определяет высокую стабильность коэффициента усиления: цепь обратной связи выполняется на пассивных элементах, электрические параметры которых более постоянны, нежели параметры транзистора, поэтому величину «g» будем считать величиной постоянной.

В процессе эксплуатации параметры транзистора сильно изменяются, а это приводит к тому, что и параметры усилительного каскада, связанные с параметрами транзистора, также изменяются. Например, при изменении температуры окружающей среды или напряжений источников питания изменяется коэффициент усиления усилителя.

Изменение коэффициента усиления усилителя без ООС можно оценить относительной величиной dК/К, в усилителях с ООС - величиной dК_ос/К_ос. Величину g считаем постоянной, а величину dК_ос можно найти простым дифференцированием уравнения (2.31) по «К»

(2.33)

На первый взгляд для усилителя это явление - уменьшение коэффициента усиления - нежелательное, но дело в том, что именно ООС обеспечивает схеме усилителя стабильность коэффициента усиления по напряжению: коэффициент усиления усилителя подвержен влиянию многих факторов (непостоянство напряжения источников питания, изменение температуры, старение элементов схемы, влажность, давление и пр.), поэтому схема усилителя должна отслеживать изменения режима работы и отрабатывать их.

Сущность стабильности коэффициента усиления усилителя, охваченного ООС, заключается в следующем. Если за счет перечисленных факторов произошло увеличение коэффициента усиления на величину DК, то напряжение обратной связи увеличится на соответствующую величину DUос, а следовательно, напряжение на входе усилителя Uвх уменьшится. Если же произошло уменьшение усиления, то напряжение обратной связи уменьшится, а напряжение на входе усилителя возрастет.

Пример. В усилителе, охваченном отрицательной обратной связью (ООС), известно: коэффициент усиления усилителя без ООС равен К = 100; коэффициент передачи обратной связи g = 0,2.

Требуется определить, как изменится коэффициент усилителя при наличии ООС, если коэффициент усиления К собственно усилителя (без ООС) увеличился на 10 %.

Коэффициент усиления при наличии в схеме усилителя ООС (2.31)

Новое значение коэффициента усиления усилителя с ООС при изменении собственно коэффициента усиления усилителя на 10 %:

Расчет показывает, что при изменении коэффициента усиления усилителя без ООС на 10 %, коэффициент усиления усилителя с ООС изменился всего лишь на 2 %, что практически не скажется на работе усилителя, то есть ООС действительно обеспечивает стабильность параметру «К».

Вывод. ООС в усилителе препятствует любому изменению величины коэффициента усиления напряжения и этим оправдано ее применение в усилительных устройствах. За счет ООС в схемах удается отслеживать и корректировать положение рабочей точки усилителя на ВАХ, а, следовательно, и изменения коэффициента усиления усилителя.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1662; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!