
- •Лекция 1 Электрический ток в полупроводниках
- •Собственный полупроводник
- •Примесный полупроводник с электронной проводимостью (n-тип)
- •Примесный полупроводник с дырочной проводимостью (р-тип)
- •Электронно-дырочный переход (p-n-переход)
- •Полупроводниковый диод
- •Выпрямительные диоды Стабилитрон
- •Фотодиоды и светодиоды
- •Светодиоды (излучающие диоды)
- •Оптроны
- •Биполярные транзисторы
- •Классификация и характеристики электронных усилителей
- •Характеристики усилителей.
- •1) Коэффициент передачи усилителя
- •2) Входное и выходное сопротивление усилителя
- •3) Выходная мощность
- •2) Амплитудно-частотная характеристика
- •3) Фазо-частотная характеристика
- •4) Переходная характеристика
- •5) Динамический диапазон
- •Усилители переменного тока на биполярных транзисторах
- •Усилители переменного тока на полевых транзисторах
- •Балансные каскады усилителей
- •Выходные каскады усилителей
- •Усилители с обратной связью
- •Операционные усилители
- •Решающие усилители
- •Амплитудные детекторы
- •Элементы вторичных источников питания
Усилители с обратной связью
Определение и классификация
Обратной связью называется цепь, по которой сигнал с выхода усилителя попадает на его вход.
Структура усилителя с обратной связью показана на рис. 18.1.
|
Рис. 18.1 Структура усилителя с ОС |
Если
входной сигнал
и сигнал обратной связи
совпадают по знаку, то обратная связь
называется положительной.
Если входной сигнал и сигнал обратной связи имеют разные знаки, то обратная связь называется отрицательной.
Общий коэффициент передачи усилителя с ОС имеет вид
, (18.1)
где
– коэффициент передачи обратной связи.
Знак «+» имеет место для отрицательной ОС, а знак «-» для положительной. Из выражения (18.1) видно, что если обратная связь отрицательная, то коэффициент усиления уменьшается, а если ОС положительная, то коэффициент передачи усилителя возрастает. Следует отметить, что отрицательная ОС повышает быстродействие усилителя, а положительная – уменьшает.
Также различают усилители с параллельной и последовательной ОС.
Если выходное сопротивление ОС подключено последовательно входному сопротивлению усилителя, то обратная связь называется последовательной, а если параллельно – то параллельной.
|
Рис. 18.2 Последовательная ОС |
На рис. 18.2 показана последовательная ОС, а на рис. 18.3 – параллельная. Нетрудно заметить, что последовательная ОС увеличивает входное сопротивление, а параллельная – уменьшает.
|
Рис. 18.3 Параллельная ОС |
Если входное сопротивление обратной связи включено параллельно выходному сопротивлению усилителя, то говорят, что имеет место ОС по току. Если сопротивление ОС включено параллельно выходному сопротивлению усилителя, то имеет место обратная связь по напряжению.
|
Рис. 18.4 ОС по току |
|
Рис. 18.5 ОС по напряжению |
На рис. 18.4 и 18.5 показаны ОС по току и напряжению. Нетрудно заметить, что ОС по току увеличивает выходное сопротивление, а по напряжению уменьшает.
Пример усилителя с ОС
|
Рис. 18.6. Усилитель с ОС |
Простейшим примером усилителя с обратной связью является схема с ОЭ, в котором ОС образована сопротивлением эмиттерной цепи.
Другой
пример усилителя с ОС показан на рис.
18.6. Усилитель состоит из входного
балансного каскада, собранного на
транзисторах VT1, VT2.
Эмиттерный повторитель, собранный на
транзисторе VT3, служит
для увеличения коэффициента усиления
балансного каскада. Транзисторы VT7,
VT8 образуют выходной
каскад класса АВ без защиты. Элементы
VT5, VT6,
образуют цепь задания напряжений
смещения. Обратная связь образуется за
счет сопротивления
.
Стабилитрон VT4 служит для
уменьшения высокого выходного напряжения
балансного каскада до низкого входного
напряжения выходного каскада.
Обратная
связь образует петлю, по которой может
проходить сигнал: база транзистора VT2,
коллектор VT2, база VT3,
база VT7 или VT8
(в зависимости от знака входного сигнала)
и эмиттеры VT7 и VT8.
В этой петле есть передача сигнала с
базы на коллектор, которая осуществляется
со знаком «-» (схема с ОЭ). Остальные
передачи сигналов не инвертируют сигнал.
Таким образом, входной сигнал, пройдя
петлю обратной связи, один раз меняет
свой знак, т.е. поступает на вход уже с
противоположным знаком. Т.е. обратная
связь является отрицательной. Также
видим, что
включено параллельно сопротивлению
нагрузки, т.е. это ОС по напряжению.
Аналогично сопротивление
включено параллельно входу транзистора
VT2, поэтому для входного
сигнала
это параллельная обратная связь.
Устойчивость усилителя
При появлении ОС в усилителе появляется контур, по которому сигнал, может передаваться по кругу. Если сигнал, пройдя контур, не меняет знак (положительная ОС) и коэффициент передачи петли больше единицы, то сигнал в контуре будет все время увеличиваться. Это явление называется потерей устойчивости.
Усилитель называется устойчивым, если при отсутствии входного напряжения случайные шумы не приводят к нарастанию сигнала на его выходе. В противном случае усилитель называют неустойчивым.
Устойчивый усилитель можно сравнить с шариком в потенциальной яме (рис. 18.7). Если отклонить шарик от положения равновесия, то он вернется в него с течением времени. Аналогично, неустойчивый усилитель можно сравнить с шариком на вершине холма. Если вывести его из равновесия, то шарик будет удаляться от вершины (рис. 18.8).
|
|
Рис. 18.7 Устойчивая равновесие |
Рис. 18.5 Неустойчивое равновесие |
Таким образом, одной из главных причин неустойчивости усилителя является наличие в нем положительных обратных связей, вводимых с целью повысить коэффициент передачи.
Условием устойчивости усилителя с положительной обратной связью является выполнение неравенства
. (18.2)
При выполнении неравенства (18.2) коэффициент усиления петли ОС меньше единицы, поэтому сигнал в этой петле будет уменьшаться. В противном случае сигнал нарастает. Отметим, что при отрицательной обратной связи сигнал, каждый раз пройдя петлю, меняет знак, поэтому как бы компенсирует сам себя. В этой связи в простых усилителях отрицательная ОС не приводит к неустойчивости.