- •С.Н. Гринфельд физические основы электроники
- •1. Электропроводность полупроводников
- •1.1. Строение и энергетические свойства кристаллов твердых тел
- •1.2. Электропроводность собственных полупроводников
- •1.3. Электропроводность примесных полупроводников
- •1.4. Дрейфовый и диффузионный токи в полупроводниках
- •2. Электронно-дырочный переход
- •2.1. Электронно-дырочный переход при отсутствии внешнего напряжения
- •2.2. Электронно-дырочный переход при прямом напряжении
- •2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении
- •2.4. Вольт-амперная характеристика электронно- дырочного перехода. Пробой и емкость p-n-перехода
- •Полупроводниковые диоды
- •3.1. Общие характеристики диодов
- •3.2. Виды диодов
- •4. Полупроводниковые транзисторы
- •4.1. Биполярные транзисторы
- •4.1.1. Общая характеристика
- •4.1.2. Принцип действия транзистора
- •4.1.3. Схемы включения транзисторов
- •4.1.5. Влияние температуры на статические характеристики бт
- •4.16. Составной транзистор
- •4.2. Полевые транзисторы
- •4.2.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом Структура и принцип действия пт
- •Характеристики птуп
- •Параметры птуп
- •Эквивалентная схема птуп
- •Схемы включения полевого транзистора
- •Температурная зависимость параметров птуп
- •4.2.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •Структуры пт с изолированным затвором
- •Статические характеристики мдп-транзистора с индуцированным каналом
- •Статическая характеристика передачи (или сток – затвор)
- •Статические характеристики мдп-транзистора со встроенным каналом
- •Максимально допустимые параметры полевых транзисторов
- •5. Тиристоры
- •5.1. Классификация тиристоров
- •5.2. Диодные тиристоры (динисторы)
- •5.3. Триодные тиристоры
- •5.4. Симметричные тиристоры (симисторы)
- •5.5. Зависимость работы тиристора от температуры
- •6. Усилители
- •6.1. Классификация, основные характеристики и параметры усилителей
- •6.2. Искажения в усилителях
- •6.3. Обратные связи в усилителях
- •6.3.1. Виды обратных связей
- •6.3.2. Влияние последовательной отрицательной ос по напряжению на входное и выходное сопротивления усилителя
- •6.3.3. Влияние отрицательной ос на нелинейные искажения и помехи
- •6.3.4. Влияние отрицательной ос на частотные искажения
- •6.3.5. Паразитные ос и способы их устранения
- •6.4. Усилители низкой частоты
- •6.5. Каскады предварительного усиления
- •6.5.1. Каскад с оэ
- •6 Рис. 6.21. График разрешенной области надежной работы транзистора.5.2. Стабилизация режима покоя каскада с оэ
- •6.5.3. Работа каскада с оэ по переменному току
- •6.5.4. Каскад с ок
- •6.5.5. Усилительный каскад на полевом транзисторе
- •6.5.6. Схема с ос (истоковый повторитель)
- •7. Усилители постоянного тока
- •7.1. Определение усилителя постоянного тока. Дрейф нуля
- •7.2. Однотактные усилители прямого усиления
- •7.3. Дифференциальные усилители
- •7.3.1. Схема дифференциального каскада и ее работа при подаче дифференциального и синфазного входных сигналов
- •7.3.2. Схемы включения дифференциального усилителя
- •7.3.3. Коэффициент ослабления синфазного сигнала
- •7.3.4. Разновидности дифференциальных усилителей
- •8. Определение и основные характеристики операционных услителей
- •8.1. Устройство операционных усилителей
- •8.2. Характеристики операционных усилителей
- •Усилительные характеристики
- •Дрейфовые характеристики
- •Входные характеристики
- •Выходные характеристики
- •Энергетические характеристики
- •Частотные характеристики
- •Скоростные характеристики
- •8.3. Классификация оу
- •8.4. Применение операционных усилителей
- •Неинвертирующий усилитель на оу
- •Повторитель напряжения
- •И Рис. 8.12. Схема инвертирующего усилителянвертирующий усилитель
- •Инвертирующий сумматор
- •У Рис. 8.14. Схема усредняющего усилителясредняющий усилитель
- •Внешняя компенсация сдвига
- •Дифференциальный усилитель
- •Неинвертирующий сумматор
- •Интегратор
- •Дифференциатор
- •Логарифмический усилитель
- •Усилители переменного напряжения
- •9. Устройства сравнения аналоговых сигналов
- •9.1. Компараторы
- •9.2. Мультивибратор
- •10. Микроэлектроника
- •10.1. Основные определения
- •10.2. Типы Интегральных схем
- •10.2.1. Классификация ис
- •10.2.2. Полупроводниковые ис
- •10.2.3. Гибридные ис
- •10.3. Особенности интегральных схем как нового типа электронных приборов
- •ЛабораторНые рабоТы Лабораторная работа 1 исследование статистических характеристик биполярного транзистора
- •О Рис. 1. Схема исследования характеристик транзистора по схеме с оЭписание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работ
- •Лабораторная работа 2 исследование однокаскадного усилителя с общим эмиттером
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа 3 дифференциального усилителя постоянного тока
- •Описание лабораторной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольная работа
- •Задание
- •Последовательность расчета усилителя
- •Последовательность Расчета усилителя в области низких частот
- •Экзаменационные вопросы
- •Литература
- •Содержание
- •Софья наумовна гринфельд физические основы электроники Учебное пособие
- •681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.
6.3. Обратные связи в усилителях
6.3.1. Виды обратных связей
Ч
Рис. 6.9. Простейшая
функциональная схема усилителя с ОС
Усилитель с коэффициентом усиления Ku, охвачен цепью ОС с коэффициентом передачи β. Цепь ОС совместно с цепью усилителя, которую она охватывает, образует замкнутый контур, называемыйпетлей ОС.
Произведение
β Ku
в усилительной технике называют петлевым усилениемили фактором ОС.
О
Рис.
6.10. Многопетлевая схема усилителя с ОС
Обратная связь, охватывающую лишь один каскад усилителя (цепи с β1и β2), называютместнойОС, а ОС, охватывающую несколько каскадов (цепь с β) –общейОС (см. рис. 6.10). В зависимостиот схемной реализации усилителяОС может быть осуществлена по постоянному току, по переменному току, а также и по постоянному и по переменному току.
Взависимостиот способа получения сигналаUocразличают ОСпо токуинапряжению:
если цепь ОС подключается к выходу усилителя параллельно его нагрузке (Rн), то напряжение ОС (Uос) будет пропорционально напряжению на выходе, такую ОС называютОС по напряжению (рис. 6.11,a);
если же цепь ОС подключена к выходу усилителя последовательно с его нагрузкой, то напряжение ее будет пропорционально току в нагрузке (Iн); такую ОС называютОС по току (рис. 6.11, б).
Возможна комбинация этих способов подключения цепи ОС к выходу, в этом случае сигнал ОС пропорционален как напряжению, так и току выходной цепи. Эта ОС называется комбинированной (рис. 6.11, в).
По способу подачи сигналаОС на вход усилителя различают последовательную и параллельную ОС и смешанную:
обратную связь называют последовательной, если сигнал ОС действует во входной цепи последовательно с входным сигналом (Uвх), приэтом происходит суммирование входного напряжения (Uвх)и напряжения ОС (рис. 6.12, а);
если же цепь ОС подключается ко входу параллельно источнику сигнала, то ОС называютпараллельной (рис. 6.12, б). При этой связи происходит суммирование токовIвхи ОС;
всмешаннойсхеме введения ОС с входным сигналом суммируются ток и напряжение цепи ОС (рис. 6.12, б).
Обратная связь может быть положительной или отрицательной. Положительная ОС (ПОС) возникает в том случае, когда напряжение обратной связи (Uос) совпадает по фазе с входным напряжением (Uвх). Если напряжение обратной связи (Uос) противоположно по фазе входному напряжению (Uвх), т.е. они сдвинуты относительно друг друга на 180º, то ОС называетсяотрицательной (ООС). В усилительных устройствах в основном применяется ООС.
И
Рис. 6.13. Структурная
схема усилителя с последовательной
ООС по напряжению
Наиболее распространенной в усилителях является последовательная отрицательная ОС по напряжению (рис. 6.13). Рассмотрим влияние этого вида ОС на характеристики и параметры усилителя. Здесь усилитель с коэффициентом усиления
K=Uвых/Uвх
охвачен ОС с коэффициентом передачи
β=Uос/Uвых,
где коэффициент β может принимать значения от 0 до +1 при положительной ОС и от 0 до -1 при отрицательной ОС.
В общем случае напряжение ОС определяется из выражения:
Uос= ± βUвых.
Коэффициент усиления усилителя, охваченного ОС, равен:
Kос=Uвых/Uвх.
Напряжение U*вх, поступающее на вход усилителя, в общем случае является суммой напряженийUвхиUос:
U*вх=Uвх+Uос.
Учитывая, что
Uос= ±βUвых,
получим:
U*вх=Uвх+ ( ±βUвых).
Отсюда
Uвх=U*вх– ( ±βUвых).
Тогда коэффициент усиления усилителя с ОС равен:
Kос=Uвых/ [U*вх– ( ±βUвых)].
Разделим числитель и знаменатель последнего выражения на U*вх, получим:
Kос= [Uвых/U*вх] / [ 1 – ( ±βUвых/U*вх)],
Но
Uвых/U*вх=K.
Таким образом, выражение для коэффициента усиления усилителя, охваченного ОС, принимает вид:
Kос=K/ [1 – ( ±βK)],
где (1 ± βK) – называютглубиной ОС. Знак перед фактором ОС βKсовпадает со знаком самой ОС.
При положительной ОС знаменатель дроби уменьшается:
Kос=K/ [1 – βK],
а коэффициент усиления возрастает. Значение петлевого усиления при этом ограничивается условием:
βK< 1.
При βK≥ 1, называемогоусловием самовозбуждения, усилитель теряет устойчивость и не может рассматриваться как усилитель, так как выходной сигнал перестает быть однозначно зависимым от входного. Этот режим используется в генераторах.
При отрицательной ОС знаменатель возрастает:
Kос=K/ [1 + βK],
а коэффициент усиления падает.
Несмотря на уменьшение усиления, отрицательная ОС широко используется в усилителях, так как при ее введении удается улучшить ряд других параметров.
Особое значение для работы усилителя имеет стабильность коэффициента усиления. При работе усилителя его коэффициент усиления не остается постоянным, а изменяется вследствие различных дестабилизирующих факторов: старения усилительных и других элементов, изменения температуры окружающей среды, влажности, давления, напряжения источника питания и т.д.
Изменение коэффициента усиления оценивается относительным изменением коэффициента усиления:
или
С учетом, что
,
.
Таким образом, относительное изменение коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной ОС, уменьшается в (1 + βK) раз.
При βK>> 1 (при глубокой ОС)
.
То есть коэффициент усиления схемы, охваченной глубокой отрицательной ОС, практически не зависит от коэффициента усиления собственно усилителя, а определяется только коэффициентом передачи ОС. Цепь ОС состоит из пассивных элементов, резисторов, которые можно выполнить очень стабильными. В результате удается создавать усилители с очень высокой стабильностью усилителя.