11.5. Підсилювачі із зворотним зв‘язком. Повторювачі напруги
Підсилювач з резистором у колі емітера. У резисторному підсилювачі на біполярному транзисторі введемо резистор RE в коло емітера (рис. 11.8). Струм емітера iЕ створює на резисторі RE спад напруги, і тому між емітером і загальним проводом є напруга uE=iERE. Напруги uБЕ, uБ, uE взаємозалежні: uБ=uЕ+uБЕ, звідси uБЕ=uБ-uЕ. При зміні напруг одержимо uБ=uЕ+uБЕ або uБЕ=uБ-uЕ. Зміна напруги uБЕ буде меншою, ніж зміна напруги на вході підсилювача uБ У підсилювачі є негативний зворотний зв'язок, що виникає як на вкрай низьких частотах вхідної напруги, так і на високих.
Аналогічні процеси можна розглянути в підсилювачі на польовому транзисторі.
Оцінимо параметри підсилювального каскаду зі зворотним зв'язком по його еквівалентній схемі для змінного струму (рис. 11.8, б). Для вхідного кола транзистора маємо
Рис. 11.8. Підсилювач зі зворотним зв'язком по змінному струмі на біполярному транзисторі (а); б — еквівалентна схема
Знаходимо опір вхідного кола транзистора: rвх.т=UБm/IБm=h11E+(h21E+1)RE. Коефіцієнт передачі струму дорівнює декільком десяткам, опір RE істотно впливає на rвх.т. Збільшується вхідний опір підсилювача, обумовлений із співвідношення
Вихідний опір підсилювача rвих.підRH, тобто він такий же, як і для підсилювача без зворотного зв'язку.
Для вихідної напруги підсилювача
Тому коефіцієнт підсилення каскаду по напрузі буде
(11.7)
Співвідношення (11.7) відрізняється від формули (11.6) наявністю доданку (h21E+1)RE в знаменнику.
Так
як h21E=20-100,
то при опорі RE
порядку
десятки Ом, (h21E+1)RE
>>h11E.
Тому Кu
.
Під час відсутності навантаження Кu=
- RK/RE.
Таким чином, введення резистора RЕ приводить до збільшення вхідного опору і зменшення коефіцієнта підсилення каскаду.
Д
одатковий
аналіз явищ показує, що одночасно
знижується рівень нелінійних спотворень
у підсилювачі.
В
Рис.
11.9. Схема
підсилювача зі зворотним зв'язком по
напрузі
Підсилювач зі зворотним зв'язком по напрузі. Дуже розповсюдженим методом створення зворотного зв'язку є також підключення резистора R1 до колектора (рис. 11.9) замість з'єднання його з позитивним полюсом джерела струму. Резистор R1 і вхідне коло підсилювача утворять дільник напруги. На базу передаються частково постійна і змінна складові колекторної напруги. Зворотний зв'язок є негативним.
Включення реактивного елемента в коло зворотного зв’язку приводить до створення частотно-залежного зворотного зв'язку. Можливим є зменшення коефіцієнта підсилення в деякому інтервалі частот, наприклад наднизьких і інфранизьких чи, навпаки, високих частот.
Повторювачі напруги. Це підсилювачі, у яких амплітуда вихідної напруги близька до амплітуди напруги на вході, а фази напруг збігаються. У залежності від типу використовуваного транзистора розрізняють емітерні (рис. 11.10) повторювачі напруги.
Вони являють собою коло з послідовним з'єднанням транзистора і резистора, де відповідно резистори RЕ, і RН включені в коло емітера і джерела. Змінні напруги на цих резисторах є вихідними напругами і одночасно напругами зворотного зв'язку. Здійснюється 100 % зворотний зв'язок.
Приймемо опори реактивних елементів у колі емітерного повторювача близькими нулю і побудуємо його еквівалентну схему (рис. 11.10, б). Врахуємо, що опір rK складає десятки-сотні кілоом, опір RE не менш сотень ом, а опір rE не більше десятків ом. Тоді для вхідного опору підсилювача одержимо
для вихідного
для коефіцієнта підсилення по напрузі
для коефіцієнта підсилення по струму
Рис. 11.10. Емітерний повторювач напруги (а), еквівалентна схема повторювача (б)
Повторювачі напруги володіють великим вхідним і малим вихідним опорами. Підсилення по напрузі вони не створюють, але в стані забезпечити підсилення по струму як при малих, так і при великих (одиниці і десятки вольт) вхідних напругах, а тому можуть бути використані в підсилювачах потужності. Їх часто встановлюють як буферні каскади, коли до підсилювача з малим вхідним опором необхідно підключити джерело сигналу, що володіє великим вихідним опором.