8.6.3 Підсилювачі з частотно–залежним зворотним зв'язком

Застосування резонансних підсилювачів в діапазоні низьких частот (десятки – сотні герц) недоцільне, оскільки зі збільшенням номіналів індуктивностей та ємностей погіршуються не лише технічні (добротність, вибірковість), але й експлуатаційні (маса, габаритні розміри) їх показники. В цьому випадку застосовують ВП з частотно–залежним зворотним зв'язком. На рис. 8.15, а зображена схема ВП на операційному підсилювачі зі схемою частотно–залежного зворотного зв'язку у вигляді подвійного Т– подібного мосту, який широко застосовується. Найбільшу вибірковість 2Т–міст забезпечує, коли R₃ = R₁R₂ /(R₁ + R₂) і С₃ = С₁ + С₂. При цьому квазірезонансна частота ω₀ визначається виразом

,

якщо

R₁ = R₂ = 2R₃ та С₁ = С₂ = 0,5С₃,

то

ω₀ = 1/R₁С₁ = 1/R₃С₃ = 1/R₂С₂.

Амплітудно–частотна характеристика 2Т–мосту показана на рис. 8.15, б.

В она свідчить про те, що міст пропускає майже без пригнічення всі частоти крім квазірезонансної. При включені його між виходом та інвертувальним входом ОП створюється сильний негативний зворотний зв`язок, оскільки 2Т-міст на квазірезонансній частоті не вносить фазовий зсув. В результаті на цій частоті відключається негативний зворотний зв`язок, що забезпечує суттєве підвищення коефіцієнта підсилення на квазірезонансній частоті (рис..8.15).

а

в

Х

б

в

арактеристики показані в логарифмічному масштабі та співпадають з аналогічною характеристикою коливального контуру (рис.8.14). Для одержання високої вибірковості смуга пропускання ОП має бути на порядок вищою, ніж квазірезонансна частота підсилювача.

Наявність негативного зворотного зв`язку у ВП стабілізує показники підсилювача та покращує його властивості, завдяки чому така структура має широке використання.

8.7 Підсилювачі потужності

8.7.1 Особливості побудови та класифікація

Усі розглянуті вище ЕП підсилюють потужність ЕІС, але вони відносяться до підсилювачів попередньої обробки сигналів, в яких вирішуються задачі узгодження з датчиками, виділення корисного сигналу на фоні шумів, збільшення амплітуди ЕІС (досягнення максимального коефіцієнта підсилення за напругою), передачу сигналів з допустимими спотвореннями та ін. При цьому резистори в колі колектора в схемах СЕ та СБ (рис.4.9;.4.16; 4.19) чи в колі емітера в схемі СК (рис.4.21) не являються безпосередньо навантаженням, а використовуються для формування сигналів, які передаються на вхід наступного каскаду, вхідний опір якого і є навантаженням.

Вихідні каскади – підсилювачі потужності (ПП) шляхом реалізації ефекту реле забезпечують необхідну потужність ЕІС безпосередньо в навантажені – в кінцевих пристроях (гучномовцях, технологічному обладнані та ін.). Такі пристрої працюють в режимах великих сигналів, споживають велику потужність від джерел живлення, а тому при аналізі ПП необхідно: - користуватись лише нелінійними методами (наприклад, графоаналітичним, розд.4.6.), які враховують нелінійність характеристик активних компонентів; - основними параметрами ПП слід вважати коефіцієнт нелінійних спотворень (див.8.2.) та ККД.

З електротехніки відомо, що любе джерело напруги (струму) віддає максимальну потужність в навантаження за умови, коли внутрішній опір джерела дорівнює опору навантаження. Але це справедливо лише для лінійних електричних кіл. В режимах великих амплітуд транзисторні каскади є нелінійними, а тому максимальну потужність віддають за деякого оптимального навантаження. Так як реальні навантаження ПП мають опори, які відрізняються від оптимальних, то їх підключали через узгоджувальні трансформатори. Це одночасно вирішувало проблему гальванічної розв`язки кіл.

При побудові ПП використовують такі режими роботи транзисторів: А; В; АВ. В однотактних підсилювачах в початковому стані робоча точка знаходиться на середині лінійної ділянки характеристики (рис.4.12, 4.13, точка 3). Це режим А, який забезпечує мінімальні нелінійні спотворення, але споживання енергії за відсутності ЕІС обумовлює низький ККД .

В двотактних трансформаторних та безтрансформаторних каскадах ефективно використовується режим В, коли в початковому стані обидва транзистори знаходяться в режимах відсікання, що виключає споживання енергії за відсутності вхідних ЕІС. При надходженні гармонічних або двополярних сигналів в позитивний напівперіод відкривається один транзистор, а другий знаходиться в режимі відсікання, в негативний напівперіод - навпаки. Через значну нелінійність початкової ділянки вхідних характеристик транзисторів в режимі В з`являється проміжок часу, коли один транзистор уже закрився, а другий – ще не відкрився. В результаті в гармонічних складових на навантажені формується сходинка, що суттєво збільшує нелінійні спотворення. Для виключення цього небажаного ефекту, використовують режим АВ ( точка 1, рис.4.12, що дещо зменшує максимальний ККД.

Виділяють такі основні типи ПП:однотактний каскад класу «А» з резистивним навантаженням;

1. Однотактний каскад класу «А» з динамічним навантаженням;

2. Однотактний трансформаторний каскад класу «А»;

3. Трансформаторний двотактний каскад класу «АВ»;

4. Безтрансформаторний двотактний каскад класу «АВ»:

а) на транзисторах одного типу провідності (n-p-n, або p-n-p);

б) на транзисторах протилежного типу провідності (n-p-n та p-n-p, комплементарні пари).

Однотактні каскади використовують для підсилення потужності до 3 Вт при мінімальних нелінійних спотвореннях, але з ККД не більше 25% з резистивним навантаженням та до 35 – 40% при використані трансформаторів. Максимальне значення ККД до 78% можна досягти за допомогою двотактних трансформаторних каскадів класу В.

Розробка потужних транзисторів n-p-n та p-n-p з ідентичними параметрами, а також особливості ІМС (відсутність трансформаторів) забезпечили створення безтрансформаторних ПП.