Глава 4. Режимы работы усилительных элементов

выходной цепи, работающей практически в режиме короткого за-

мыкания, не влияет на входное сопротивление транзистора, по-

этому и в случае биполярного транзистора динамическая вход-

ная характеристика практически совпадает со статической.

На основе нагрузочной линии по переменному току произве-

дем графический анализ работы биполярного транзистора в на-

грузочном режиме (рис. 4.6).

На вход схемы в точки база – эмиттер поданы напряжение

смещения U БЭ0 для выбора точки покоя М при данном напряже-

нии U КЭ0 и входное напряжение U вх = U вхт sin wt . Под действием

этого напряжения соответственно изменяются токи I Б и I K . Точ-

ку покоя переносим на входные характеристики транзистора и, зная

I Б max и I Б min , определяем на нагрузочной прямой для переменно-

го тока соответствующие им точки I K max и I K min . Проекции этих

точек на ось U КЭ позволяют соответственно определить напря-

жения U КЭ max и U КЭ min . Обратите внимание на то, что току I K max

соответствует напряжение U КЭ min , и току I K min − U КЭ max . Таким

образом, при подаче на вход переменного напряжения сигнала ме-

няется соответственно и ток I K , и напряжение U КЭ . С помощью

выходной нагрузочной линии (рис. 4.6) можно определить выход-

ную мощность усиленного сигнала Рвых = I Кт U Эт 2 , мощность,

потребляемую от источника в режиме покоя:

P0 = I K 0 E K , а также КПД η = Рвых P0 .

Обратите внимание на то, что с ростом амплитуды входного

сигнала увеличивается амплитуда тока I K , а амплитуда напряже-

ния U КЭ соответственно уменьшается, и в точке N транзистор

входит в режим насыщения. Напомним, что в режиме насыщения

оба перехода открыты, а это означает, что прямое входное напря-

жение на эмиттерном переходе по абсолютной величине превыси-

ло обратное напряжение U КЭ и коллекторный переход тоже от-

– 51 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

крылся. При подаче на вход биполярного транзистора, работающе-

го в активном режиме, обратного напряжения, которое по абсолют-

ной величине больше прямого напряжения смещения, эмиттерный

переход закроется, и транзистор попадает в режим отсечки.

Таким образом, работа усилителя на биполярном транзисто-

ре ограничена в двух точках: в точке N транзистор входит в ре-

жим насыщения, а в точке К – в режим отсечки.

– 52 –

Глава 5. Обратная связь в усилителях Глава 5. Обратная связь в усилителях §1. Введение в общем случае ос можно определить как связь выходной

цепи усилителя с его входной цепью. Она образуется тогда, когда

усиленный сигнал с выхода отдельного каскада усилителя или

усилителя в целом передается на его вход через цепи, дополни-

тельно вводимые для этого (внешняя ОС) или уже имеющиеся в

нем для выполнения других функций (внутренняя ОС). К после-

дним, например, относятся общая цепь источника питания усили-

теля, межэлектродные емкости в электронных приборах.

В большинстве случаев внутренняя ОС и непреднамеренно

возникшие цепи внешней ОС (например, из-за близкого располо-

жения при монтаже деталей, соединительных проводов входных

и выходных цепей усилителя) вызывают так называемую пара-

зитную ОС. В реальных устройствах паразитная связь, как пра-

вило, приводит к изменению их свойств в худшую сторону и воз-

никновению других нежелательных явлений (в частности, генера-

цию паразитных колебаний, частоты которых значительно выше

или ниже частот усиливаемых колебаний), часто трудно поддаю-

щихся контролю и устранению.

Рис. 5.1. Структурная схема усилителя, охваченного внешней

обратной связью

На рис. 5.1 приведена структурная схема усилителя с коэффи-

циентом усиления К, охваченного внешней цепью ОС с коэффици-

ентом передачи β . Цепь вместе с усилителем, к которому она под-

ключена, образует замкнутый контур, называемый петлей ОС.

– 53 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

Часть усиленного внешнего сигнала с выхода усилителя (пря-

мая цепь передачи сигналов) поступает по цепи ОС на его вход и

складывается там с внешним сигналом. При таком сложении ам-

плитуд сигналов (внешнего и ОС) на входе усилителя возможны

два принципиально отличных по конечному действию случая: либо

сумма амплитуд сигналов больше амплитуды внешнего сигнала

(фазы колебаний с одинаковой частотой на выходе цепи ОС и вход-

ной сигнала совпадают, сдвиг фаз равен 0°), либо меньше его (их

фазы противоположны, сдвиг фаз равен 180°). В первом случае

говорят о ПОС (положительной обратной связи), во втором – об

ООС (отрицательной ОС).

Часто усиливаемый сигнал представляет собой не простое

гармоническое колебание (с определенной частотой), а несколько

колебаний с разными частотами и фазами, образующих так назы-

ваемый спектр частот сигнала. При прохождении сигнала по пет-

ле ОС последняя на различных частотах колебаний, составляю-

щих спектр сигнала, может вносить различные фазовые сдвиги,

достигающие многих сотен градусов. Это приводит к тому, что

на каких-то частотах ООС может стать положительной и наобо-

рот.

Во избежание терминологических ошибок вводимую в уст-

ройство ОС принято называть положительной или отрицательной

по тому, какой она является на средней частоте полосы пропуска-

ния усилителя, где коэффициент петлевого усиления βK выражен

действительным (вещественным) числом, т.е. не зависит от час-

тоты.

Как уже было сказано, при прохождении сигнала через уси-

литель и цепь ОС изменение амплитуды и сдвиг по фазе, вноси-

мые цепью ОС, могут оказаться различными на разных частотах

колебаний, т.е. ОС приобретают свойства, непрерывно изменяю-

щиеся с частотой. По этому признаку различают частотно-зави-

симую (или комплексную) ОС и частотно-независимую ОС. Пос-

ледняя одинаково изменяет только амплитуду всех колебаний

спектра частот сигнала. Другое название ОС (комплексная) дано

потому, что коэффициент ОС и другие ее параметры математи-

чески выражаются комплексными числами.

Обычно при расчетах параметров и характеристик усилите-

ля, состоящего из одного или нескольких усилительных каскадов

на активных элементах (транзисторах, интегральных микросхе-

мах, электровакуумных лампах) и пассивных (резисторах, конден-

саторах и катушках индуктивности), исходят из предположения,

– 54 –