Параметры усилительного каскада

► Усилителем называется устройство, сигнал на выходе которого имеет бо́льшую мощность, чем сигнал на входе, за счёт источника питания. Выходной сигнал определяется входным.

ИС — источник сигнала (в простейшем случае — микрофон), ИП — источник питания, ► — усилитель, Н — нагрузка (например, акустическая система).

Коэффициенты усиления в децибелах:

К_U,IдБ = 20lg К, K_P,дБ = 20lg K,

Децибелы удобны тем, что там, где безразмерные коэффициенты нужно перемножать, децибелы складывают. Кроме того, человек воспринимает любые ощущения не прямо пропорционально, а в логарифмической зависимости.

Обратная связь

► Обратной связью называется цепь, по которой часть сигналов с выхода возвращается на вход.

У нас был усилитель с коэффициентом усиления К. Мы взяли часть его выходного сигнала и через некую цепь Β передали обратно на вход. Для того чтобы собрать всё вместе, используем сумматор

Такая обратная связь в усилителях используют крайне редко, потому что это положительная обратная связь (ПОС). Из-за неё может произойти следующее: сигнал на выходе при постоянном сигнале на входе будет постоянно возрастать, и любой нормальный усилитель доходит до напряжения питания и больше не работает. Такая схема используется в генераторах.

Поэтому чаще у сумматора «закрашивают нижний сегмент».

Тогда обратная связь становится отрицательной обратной связью (ООС), которая повсеместно используется в усилителях.

— коэффициент усиления К-канала.

— коэффициент передачи обратной связи.

Коэффициент обратной связи:

Формально =1, если всё идёт обратно. Если К→∞, то К^ос→ 1.

Отрицательная обратная связь уменьшает линейные и нелинейные искажения. Линейные — частотные искажения (не все частоты усиливаются одинаково).

Четыре типа ООС

— последовательная ОС по току. Две цепи — входное сопротивление R_вх↑. Выходное сопротивление R_вых↑. На входное влияет хорошо, на выходное плохо.

Рассмотрим схемы, в которых трудно изменить ОС в сторону ↓ R_вых.

— параллельная ОС по току.R_вх↓, R_вых↑. Неудачная ОС с точки зрения сопротивлений.

— параллельная ОС по напряжению. R_вх↓, R_вых↓. Не самая плохая.

— последовательная по напряжению. R_вх↑, R_вых↓. Самая полезная. Если при токе отключить R_н, то ОС нет.

Лекция 6

Схема включения с ОЭ

С₁ – разделительный конденсатор. Отделяет источник сигнала от каскада по постоянному току.

С₂ — разделительный конденсатор. Отделяет нагрузку от каскада по постоянному току.

R_б1, R_б2 — базовый делитель. Создаёт режим работы по постоянному току.

Нужно обеспечить по постоянному току активный режим. E_к — источник питания коллекторной цепи — обратно смещает переход. R_к — коллекторная нагрузка. Преобразует изменение тока в изменение напряжения. Входное напряжение U_б (для переменного сигнала). Если U_б↑, то I_б↑. — коэффициент усиления транзистора по току.

Следовательно, U_н уменьшается (↑ U_к, U_н = U_к−I_{к Rк}). Сигнал инвертируется (противофаза).

_Rэ вводит отрицательную ОС (последовательную по току), стабилизирующую температурный режим. Чем больше ток, тем больше мощность. Это приводит к положительной обратной связи, транзистор нагревается.

C_э исключает ООС по переменному сигналу, увеличивая коэффициент усиления (ООС только для постоянного или медленно изменяющегося сигнала).

VT— усилительный элемент, усиливает ток.

Схема с общим эмиттером усиливает и ток, и напряжение, наибольший коэффициент усиления по мощности. Схема обладает большим входным (хорошо) и большим выходным (плохо) сопротивлениями. Инвертирует сигнал. Обладает худшими частотными свойствами по сравнению с ОК и ОБ. _гр меньше, чем в других.

Схема включения с ОБ

Cp1, Cp2 — то же, что и в предыдущей схеме: отделяют ИС и R_н от каскада по постоянному току.

_Rэ отделяет источник сигнала от общего провода и стабилизирует параметры каскада (если его нет, то сигнал будет закорочен, всё утечёт на общий провод).

_Cб обеспечивает работу в режиме общей базы.

Схема усиливает напряжение так же, как и схема с ОЭ.

Не усиливает ток.

Обладает малым входным и большим выходным сопротивлениями (неудачно). Обладает хорошими частотными свойствами. Сигнал не инвертирует. В звукотехнике практически не используется, используется для высокочастотных сигналов.

Схема включения с ОК

Rб1, Rб2— базовый делитель. Создаёт режим работы по постоянному току. Cp1, Cp2 отделяют ИС и R_н от каскада по постоянному току. _э преобразует изменение тока в изменение напряжения, стабилизирует параметры каскада.

Схема усиливает ток и не усиливает напряжение. Обладает большим входным и малым выходным сопротивлениями. Хорошие частотные свойства, лучшая стабильность.

Схема с общим коллектором используется для согласования высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой.