
- •6 Усилители электрических сигналов
- •Общие сведения об усилителях
- •Принцип построения усилительных каскадов
- •Усилители на биполярных транзисторах
- •Усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером (оэ)
- •Усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим коллектором (ок) (эмиттерный повторитель)
- •Режимы работы усилителей на биполярных транзисторах
- •Способы обеспечения режима покоя
- •Усилительный каскад на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом
- •Линия нагрузки по переменному току т0т3 определяется сопротивлением
- •Усилительный каскад на полевом мдп-транзисторе с индуцированным каналом
- •Усилительный каскад на полевом мдп-транзисторе со встроенным каналом
- •Многокаскадные усилители
- •Обратные связи в усилителях
- •Усилители мощности
- •Усилительный каскад с трансформаторным включением нагрузки
- •Основные параметры усилителей мощности
- •Операционные усилители
- •Общие сведения
- •Основные схемы включения оу
- •Схемы включения оу для выполнения математических операций
Многокаскадные усилители
При усилении малых сигналов может оказаться, что одного усилительного каскада недостаточно для получения нужного коэффициента усиления. В этом случае применяются многокаскадные усилители, образованные путем последовательного соединения отдельных каскадов (рис 6.13).
В многокаскадных усилителях выходной сигнал любого каскада служит входным сигналом последующего. Нагрузкой предыдущего каскада является входное сопротивление последующего каскада.
Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления входящих в него каскадов
ku = ku1 ku2 … kun. |
(6.39) |
Связь каскадов в многокаскадном усилителе может осуществляться с помощью конденсатора, трансформатора, оптрона или непосредственно. В соответствии с этим различают усилители с емкостной, индуктивной, оптической и непосредственной связью.
Обратные связи в усилителях
Обратной связью (ОС) называют такое воздействие выходной цепи схемы на ее входную цепь, при котором часть выходного сигнала подается на вход.
В зависимости от того, в каком соотношении находятся фазы сигнала ОС и входного (усиливаемого) сигнала, различают положительную обратную связь (ПОС), когда фазы входного напряжения Uвх и напряжение обратной связи Uос совпадают, и отрицательную (ООС), когда они отличаются друг от друга на 180, т.е. находятся в противофазе. В первом случае результирующее напряжение U1 = Uвх + Uос, а во втором случае U1 = Uвх − Uос (рис. 6.14).
В зависимости от того, как формируется сигнал ОС, различают ОС по напряжению или по току. При ОС по напряжению:
|
(6.40) |
где – коэффициент передачи цепи ОС.
Т.е. напряжение обратной связи оказывается пропорциональным выходному напряжению.
При обратной связи по току:
|
(6.41) |
т.е. напряжение ОС оказывается пропорциональным току в цепи нагрузки.
Напряжение ОС может подаваться на вход усилителя либо последовательно с напряжением входного сигнала, либо параллельно. В первом случае обратная связь называется последовательной (рис. 6.15, а), а во втором – параллельной (рис. 6.15, б).
Применение ООС снижает коэффициент усиления усилителя в (1 + kU) раз, в то время как ПОС, наоборот – его повышает.
Таким образом, ПОС в электронных усилителях практически не применяют, т.к. значительно ухудшается стабильность коэффициента усиления, возникают нелинейные искажения и возбуждение усилителя. В усилителях широко используется ООС по напряжению, в результате чего:
повышается стабильность коэффициента усиления усилителя;
снижается уровень нелинейных искажений;
увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивление усилителя.
Усилители мощности
Усилителями мощности (УМ) называют выходные (оконечные) усилительные каскады, предназначенные для передачи в нагрузку требуемой или предельно возможной мощности при заданном сопротивлении нагрузки. В большинстве случаев нагрузка УМ составляет единицы-десятки Ом.
Каскады усиления мощности могут выполняться на биполярных и полевых транзисторах. По способу подключения нагрузки усилительные каскады могут быть трансформаторными и бестрансформаторными.
В усилителях мощности нашли применения три класса усиления: А, В, и АВ, отличающиеся положением точки покоя на линии нагрузки по постоянному току.
Режим класса А используется в однотактных каскадах усиления мощности. Каскады усиления мощности класса А обеспечивают наименьшие нелинейные искажения выходного сигнала, но обладают минимальным КПД. Они нашли применение при мощности в нагрузке не более нескольких десятков милливатт.
В режиме класса В усилитель мощности выполняют по двухтактной схеме с использованием двух транзисторов. Каждый из транзисторов служит для усиления соответствующей полуволны входного сигнала. Выходной каскад при этом обладает более высоким КПД и применяется на более высокие мощности, чем однотактный.
Режим класса АВ позволяет существенно уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала, сильно проявляющиеся в режиме класса В вследствие нелинейности начального участка входной характеристики транзисторов.