диск электроника / el_rea / Разделы / усилители

Базовые усилители  

Базовые усилители

Транзисторный базовый усилитель (рис. 2.6). Для построения усилителей различного назначения с ОС в качестве нагрузочных можно использовать любое сочетание элементов R, RC и RL, которые определяют частотные свойства усилителя.

Зависимость выходного сигнала от входного определяется системой восьми уравнений:

UЭ1=UВХ;

IК1=IЭ1+IК3;

IЭ1= UЭ1/R1;

UK1=- IК1R2;

IK2=UK1/R3;

Uвых=- IK2(R4+R5);

UБ3= UвыхR5/(R4+R5);

IK3=- UБ3/К6.

Подставим последовательно уравнение 5 в 6:

Uвых=UK1/R3(R4+R5), затем уравнение 4 Uвых=IK1R2(R4+R5), уравнение 2 Uвых=(IЭ1+ IK3)R2(R4+R5)/R3, уравнение 3 и 8

Подставим уоавнение 7

Раскроем скобки и подставим уравнение 1:

Из этого выражения можно получить различные зависимости входного и выходного сигналов. Если положить R2=R3 и R5=R6, то усилитель может теоретически иметь коэффициент усиления, стремящийся к бесконечности.

Преобразователь полярности (рис. 2.7). Это устройство позволяет изменить полярность подводимого напряжения на обратную.

Напряжение на выходе ОУ равно: U2=—k(U'1—U"1), где k—коэффициент усиления ОУ. Можно написать U'вx=R2U2/(R1+R2) и U'1=U"1.

Входной ток равен: Iвx=Uвx—U2/R3. Тогда U2=—k[R2U2/(R1+R2)-

—Uвх] или

Если k/[l+kR2/(R1+R2)]=2, то U2=2Uвx. Подставим в выражение для входного тока. Получим Iвх=—Uвx/R3 или Rвх=— Iвх/Uвx=—R, т. е. входное сопротивление будет отрицательным. Если вместо резистора R3 включить конденсатор или дроссель, то получим отрицательное значение этих элементов.

Усилитель с двойной отрицательной ОС (рис. 2.8). Первую ОС реализуют резисторы R1 и R2, а вторую — резисторы R3, R4 и транзистор VT1. Коэффициент передачи устройства определяет выражение, которое можно получить из уравнений:

или

Iк=U3/I3, U2=lкR4=U3R4/R3; U3=k(U2-U1), где k — коэффициент усиления ОУ без ОС.

Последнее выражение перепишем в виде U3=kU2-kU1. В это выражение подставим значения для U1 и U2 после несложных преобразований получим

Теперь подключим вход 2 к общей шине, а напряжение U0 подадим на вход 1. Для этого включения напишем уравнение

С помощью этого уравнения можно получить различные передаточные функции, меняя параметры проводимости устройства, которые могут быть как активными, так и пассивными.

Усилитель с положительной и отрицательной ОС (рис. 2.9, а). Отрицательная ОС осуществляется резисторрами R1 и R2, а положительная — резисторами R3 и R4. Основные параметры усилителя определяют, исходя из выражений

где k — коэффициент усиления ОУ. После преобразований получим:

Из этого выражения следует, если R1=R2=R3=R, то Uвых=Uвх0,5/(1—1/k). График этой функции показан на рис. 2.9, б. Отсюда следует, что k должен быть меньше единицы. Если k>1, то возникает режим насыщения усилителя. Выполнить условие k<1 при больших значениях коэффициента усиления в реальных ОУ можно, только собрав усилитель по схеме, показанной на рис. 2.9, в. Здесь элементы R1—R3 и ОУ образуют усилитель с коэффициентом усиления k=(2a —1)=U'bыx/U'bx, где a —коэффициент включения резистора R3.

Для определения входного тока напишем уравнение:

После преобразований получим;

или

Входное сопротивление усилителя равно:

Rвх=R1-R2R3/R4.

Если принять R4=1/(jw С) (остальные резисторы — активные), то Rвх=R1-R2R3jw C. Это выражение указывает на возможность получения эквивалентной отрицательной индуктивности с параметрами Lэ=СR2R3.

Гиратор (рис. 2.10). Основные параметры этого узла определяются выражениями

Преобразуем эти выражения и получим

Здесь значением 1/k можно пренебречь, поскольку k>100.

Для определения входного сопротивления напишем систему уравнений

из котооых образуется выражение

Если положить R3=0, то Rвх=R4(1—R1/R2+1)=R4(2—R1/R2). При R1>2R2 входное сопротивление принимает отрицательное значение. Теперь положим R2=1/(jw C) (остальные резисторы — активные). Тогда получим Rвх=R4(2—jw CR1). Входное сопротивление принимает индуктивный характер при Lэ=R1R4C.

Эквивалент индуктивности на операционном усилителе (рис. 2.11, а). Для определения основных параметров эквивалентной индуктивности напишем уравнения:

При k=1 получим Rвх=R2[1+R1(1/R2+1/Xc1)]=R2+R1+jw CR1R2. Отсюда следует, что Lэ=CR1R2, Rэ=R1+R2.

На рис. 2.11, 6 показана схема включения эквивалентной индуктивности в качестве резонансного усилителя: резонансная частота w 0=2/(Rэ(C1C2)0,5, добротность Q=0,25/(C2/C1).

На рис. 2.11,в показано изменение резонансной частоты от емкости конденсатора С1.