23. Обратные связи в усилителях и их влияние на параметры и характеристики усилителей.

Процесс передачи сигналов в усилительных трактах в направлении, обратном основному, т. е. с выхода на вход, называется обратной связью (ОС), а цепь, по которой осуществляется эта передача, – цепью обратной связи.

где К – коэффициент усиления усилителя; γ_ос – коэффициент передачи звена обратной связи.

Различают обратные связи: – внутреннюю – обусловлена физическими свойствами и конструкцией активного элемента; – внешнюю – вводятся специальные цепи обратной связи; – паразитную – возникает помимо желания разработчика. 

Цепь ОС с частью схемы усилителя, которую она охватывает и образует замкнутый контур, называется петлей ОС. В зависимости от количества петель ОС различают однопетлевую и многопетлевую ОС. Петли ОС могут быть независимыми, а также частично или полностью входить одна в другую.  Если петля ОС охватывает часть усилителя или один каскад, то ОС называют местной.  Обратная связь, которая охватывает все каскады усиления или пару каскадов, называется общей ОС. Введение ОС в усилитель позволяет создавать усилители с необходимыми свойствами, а также новые классы электронных схем с разными функциями. От способа снятия ОС с выхода различают: - ОС по току и напряжению.  Если ОС снимается с R_н или с RIIR_н и U_ос изменяется пропорционально выходному напряжению, то это ОС по напряжению.  Если ОС снимается с сопротивления, последовательного R_н и изменение напряжения обратной связи пропорционально изменению тока, то это ОС по току.  От способа подачи сигнала ОС на вход усилителя различают на: - параллельную и последовательную.  Параллельная ОС имеет место, если напряжение ОС подается на вход усилителя параллельно источнику сигнала Е_с. Если ОС подключается к входу усилителя последовательно с источником сигнала Е_с, то имеется последовательная ОС. По разности фаз (знаку) между входным сигналом и сигналом обратной связи различают положительную и отрицательную ОС. В общем случае, с учетом влияния реактивных элементов для усилителя (рис.2.5) можно записать U_вх = Е_с + U_ос.

В усилительной технике в основном применяют ООС, которая увеличивает:  - полосу пропускания и динамический диапазон усиления D; - R_вх при последовательной ОС;  - R_вых при ОС по току. Уменьшает:  - коэффициент усиления К_U;  - нестабильность;  - нелинейные и линейные искажения;  - R_вх при параллельной ОС и R_вых при ОС по напряжению.  Таким образом, введение цепи ОС изменяет основные параметры усилительного устройства. Кроме того, ООС и ПОС имеет противоположное воздействие на параметры усилителя.

24. Режимы работы усилительных каскадов.

Различают несколько режимов работы транзистора в усилительном каскаде, отличающихся друг от друга свойствами и значениями параметров и поэтому имеющих различные области применения. Эти режимы работы принято обозначать заглавными буквами латинского алфавита.

Режимом класса А называют такой режим работы усилительного каскада, при котором ток в выходной цепи усилительного элемента существует в течение всего периода входного сигнала.

 В режиме А амплитуда переменной составляющей выходного тока I_кm не может быть больше тока покоя I_К0, при этом среднее значение выходного тока I_ср в режиме А почти не зависит от амплитуды входного сигнала и мало отличается от тока покоя I_К0.

Основным достоинством режимаА является малый коэффициент гармоник вследствие работы усилительного элемента на линейном участке его ВАХ, в результате чего форма выходного тока не отличается от формы входного сигнала. Основным недостатком режима А является низкий КПД.

Коэффициент полезного действия режима А, равный отношению отдаваемой усилительным элементом мощности сигнала P_~ к суммарной мощности P_S, потребляемой им от источника питания выходной цепи, оказывается малым из-за большого тока покоя. Для определения КПД выходного элемента используют выражение

а так как начальные значения I₀ и U₀ достаточно велики, то согласно выражению КПД выходной цепи будет не высок, h £ 0,5.

Режим А применяют, в основном, во входных каскадах и каскадах предварительного усиления, а также в выходных каскадах небольшой мощности (до 1 Вт).

Режимом класса В называют такой режим работы усилительного каскада, при котором ток в выходной цепи усилительного элемента существует в течение примерно половины периода входного сигнала.

Основным достоинством режима В является малое потребление энергии питания. Это обусловлено не только более высоким КПД по сравнению с режимом А, но также и тем, что потребляемый от источника питания ток сильно уменьшается при слабых сигналах. В результате каскад мощного усиления, работающий в режиме В, потребляет в несколько раз меньше энергии от источника питания, чем каскад с такой же выходной мощностью, работающий в режиме А.

Недостатком режима В является то, что усилительный элемент в нем почти полпериода находится в закрытом состоянии, а, следовательно, усиливает только один полупериод подводимого сигнала, что приводит к значительным искажениям. Из-за высокого КПД режим В широко применяется в выходных (оконечных) каскадах большой мощности.

Режимом класса D (ключевой режим) называют такой режим, при котором усилительный элемент во время работы находится только в двух состояниях – в насыщении или в отсечке.

Главным достоинством такого режима является то, что потери энергии в усилительном элементе очень малы, а КПД оказывается близким к единице.

Недостатком данного режима является ограниченность его применения. Ключевой режим используют лишь для усиления прямоугольных импульсов произвольной длительности и скважности; при этом напряжение усиленных импульсов в выходной цепи получается практически равным напряжению источника питания и не зависит от амплитуды импульсов на входе усилителя. Такое усиление прямоугольных импульсов с ограничением их по максимуму широко используется в электронно-вычислительных машинах, регулирующих и следящих устройствах, где ключевой режим является наиболее эффективным.