1.8Отрицательная обратная связь по току

В схеме на рис. 1.10 имеет место отрицательная обратная связь (ООС) по току нагрузки. Она обеспечивается включением в эмиттерную цепь транзистора сопротивления .Увеличение тока нагрузки приводит к повышению падения напряжения на этом резисторе, что, в свою очередь, вызывает уменьшение напряжения, прикладываемого к эмиттерному переходу, т.е. входного напряжения транзисторного звена.

В рабочей полосе частот для переменного входного сигнала действие данной обратной связи оказывается довольно существенным. Во-первых, из формулы (1 ОЭ) видно, что входное сопротивление транзистора увеличивается на величину, равную . Учитывая, что значение коэффициента передачи тока базы , как правило, достаточно велико, даже при относительно незначительной величине сопротивления входное сопротивление транзистора для сигнала в рабочей полосе частот увеличивается настолько, что часто перестает оказывать определяющее влияние на полное входное сопротивление усилительного каскада , которое теперь в основном зависит от сопротивления цепи делителя напряжения . Высокое входное сопротивление означает, что данный каскад будет оказывать минимальное влияние на режимы работы и параметры каскада усиления, предшествующего ему. Кроме того, увеличится чувствительность, поскольку теперь слабые сигналы будут наводить большие по амплитуде напряжения на входе каскада, выделяясь из общего шумового фона.

Как видно из формул (2 ОЭ), (3 ОЭ), рассматриваемый вид обратной связи не оказывает влияния на выходное сопротивление, а также на коэффициент усиления по току в рабочей полосе частот усилительного каскада с ОЭ. А вот коэффициент усиления по напряжению, определяемый соотношением (4 ОЭ), очень сильно уменьшается.

Кроме того: увеличивается динамический диапазон, уменьшаются линейные и нелинейные искажения, расширяется полоса пропускания. На практике разработчик довольно часто встает перед дилеммой: либо повышать коэффициент усиления, либо снижать уровень искажений. Истина как всегда лежит где-то посередине, и в зависимости от условий применения и назначения усилителя приходится искать некий компромисс между двумя крайностями. И вот здесь пришло время снова вспомнить о конденсаторе .

Для этого резистор , разделяется на два резистора и (сумма сопротивлений последних равна ). Тогда можно установить необходимую глубину ООС в рабочей полосе частот, оставляя неизменным режим работы каскада по постоянному току. Возможны два варианта разделения, показанные рис. 1.12, а и на рис. 1.12, б.

Рис. 1.12. Варианты включения - цепочек в эмиттерную цепь транзистора в каскаде с ОЭ

1.9Отрицательная обратная связь по напряжению

Схема каскада с ООС по напряжению приведена на рис. 1.13.

Рис. 1.13 Усилительный каскад с ООС по напряжению

Эквивалентная схема рассматриваемого каскада для переменных составляющих токов и напряжений приведена на рис. 1.14. Единственное ее отличие от эквивалентной схемы с рис. 1.11 состоит в наличии дополнительной цепи, образованной резистором . Заметим также, что роль источника входного сигнала здесь играет эквивалентный генератор тока. Это сделано для упрощения расчетов (мы можем совершенно произвольно менять форму эквивалентного представления источника сигнала — в виде генератора напряжения или в виде генератора тока; выходной импеданс такого источника в первом случае отражается резистором , а во втором — проводимостью ).

Вообще говоря, полный анализ схемы на рис. 1.14 – занятие довольно трудоемкое. Тем более, для практического применения важен не сам порядок анализа, а получаемые в результате формулы и те выводы, которые мы можем сделать на основании данных формул.

Рис. 1.14. Эквивалентная схема каскада по схеме с ОЭ с цепью ООС по напряжению

Входное сопротивление ( ). Очевидно, что входное сопротивление схемы с цепью ООС по напряжению будет меньше, чем в схеме на рис. 1.11. Здесь оно определяется следующей формулой:

,

(7 ОЭ)

где — входное сопротивление транзистора.

Заметим, что первая квадратная скобка в выражении (7 ОЭ) представляет собой входное сопротивление каскада без цепи ООС по напряжению. Величина не изменяется и продолжает соответствовать формуле (1 ОЭ) для входного сопротивления транзистора в схеме с ОЭ по рис. 1.10.

Выходное сопротивление ( ) схемы на рис. 1.14, с учетом допущений и определяется соотношением:

(8 ОЭ)

которое идентично формуле (2 ОЭ) для выходного сопротивления каскада с рис. 1.11.

Коэффициент усиления по току ( ). Для вычисления коэффициента усиления по току необходимо выписать основные уравнения, связывающие между собой токи в различных звеньях схемы на рис. 1.14. Получается довольно сложная формула. Поэтому на рис. 1.15 представлены графики, отражающие отношение коэффициента усиления по току при наличии цепи ООС по напряжению к коэффициенту усиления этой же схемы при разомкнутой цепи ООС.

Рис. 1.15. Зависимость коэффициента усиления по току для схемы на рис. 1.14 от глубины ООС по напряжению

Графики даны для различных условий включения резистора обратной связи в коллекторную цепь транзистора, но при постоянстве параметров этой цепи (неизменная величина суммарного сопротивления в цепи коллектора). Из этих графиков видно, что даже при очень незначительной глубине ООС усиление каскада падает довольно заметно. Здесь следует понимать, что конкретные цифры, которые мы наблюдаем в данных графиках, присущи некоторому конкретному усилительному каскаду. В общем случае мы можем говорить только о том, что есть тенденция экспоненциального падения коэффициента усиления по току при увеличении глубины ООС по напряжению.

Коэффициент усиления по напряжению ( ). Выражение для коэффициента усиления по напряжению может быть найдено Вами самостоятельно. Найдите его и сделайте вывод о том, уменьшается или увеличивается усиление по напряжению при введении ООС.

Сравните самостоятельно два вида ООС в следующей редакции. И в том и в другом случае наблюдается заметное падение коэффициента усиления по мощности, а также уменьшение уровня линейных и нелинейных искажений. Однако при ООС по ******* заметно падает коэффициент усиления по напряжению, а коэффициент усиления по току практически не меняется. При ООС по *******, наоборот, происходит уменьшение коэффициента усиления по току при более или менее стабильном коэффициенте усиления по напряжению.

На практике предпочтение все-таки обычно отдается ООС по току как более удобной (мы можем очень легко регулировать глубину ООС в рабочем диапазоне частот, не влияя на ее параметры по постоянному току), но при построении многокаскадных усилителей может встречаться чередование видов ООС.