Лекции / Ответы

6. Упрощенная принципиальная схема одиночного каскада усилителя. Три способа включения транзистора в схему усилителя каскада. Токопрохождение в схеме резисторного усилителя.

Упрощенная принципиальная схема одиночного каскада усилителя: Эквивалентен: h21б=Iк2\I*1

Входное сопротивление определяет входное сопротивление транзистора Т1 и не зависит от Rн~

Усилитель не дает выигрыша по коэффициентам усиления и вх. И вых. Сопротивления Преимущество-слабая связь между входом и выходом Транзисторные каскады, в зависимости от вариантов подключения транзисторов, подразделяются на: 1 Каскад с общим эмиттером 2 каскад с общим коллектором 3 каскад с общей базой

Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада (порядка сотен Ом), высокое (порядка десятков КОм) сопртивление. Отличительная особенность - инвертирование (то есть - изменение фазы входного сигнала на 180 градусов). Благодаря высокому коэффициенту усиления схема с ОЭ имеет преимущественное применение по сравнению

сОБ и ОК. Рассмотрим работу каскада подробнее: при подаче на базу входного напряжения - входной ток протекает через переход "база-эмиттер" транзистора, что вызывает открывание транзистора и, в следствии этого, увеличение коллекторного тока. В цепи эмиттера транзистора протекает ток, равный сумме тока базы и тока коллектора. На резисторе в цепи коллектора, при прохождении через него тока, возникает некоторое напряжение, величиной значительно превышающей входное. Таким образом происходит усиление транзистора по напряжению. Так как ток и напряжение в цепи - величины взаимосвязанные, аналогично происходит и усиление входного тока.

Схема с общим коллектором обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы всегда меньше 1. Входное сопротивление каскада с ОК зависит от сопротивления нагрузки (Rн) и больше его (приблизительно) в Н21e раз. (Величина "Н21e" - это статический коэффициент усиления данного экземпляра транзистора, включенного по схеме с Общим Эмиттером). Данная схема используется для согласования каскадов, либо в случае использования источника входного сигнала с высоким входным сопротивлением. В качестве такого источника можно привести, например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон. Схема с ОК не изменяет фазы входного сигнала.

Схема включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах усилителей высоких частот. Усиление каскада с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению. Данное включение транзистора позволяет более полно использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов. Что такое частотная характеристика транзистора? Это - способность транзистора усиливать высокие частоты, близкие к граничной частоте усиления, Эта величина зависит от типа транзистора. Более высокочастотный транзистор способен усиливать и более высокие частоты. С повышением рабочей частоты, коэффициент усиления транзистора понижается. Если для построения усилителя использовать, например, схему с общим эмиттером, то при некоторой (граничной) частоте каскад перестает усиливать входной сигнал. Использование этого - же транзистора, но включенного по схеме с общей базой, позволяет значительно повысить граничную частоту усиления. Каскад, собранный по схеме с общей базой, обладает низким входным и невысоким выходным сопротивлениями (эти параметры очень хорошо согласуются при работе в антенных усилителях с использованием так называемых "коаксиальных" несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых как правило не превышает 100 ом). Если сравнивать величины сопротивлений для каскада с ОЭ и ОБ, то входное сопротивление каскада с ОБ в (1+Н21э) раз меньше, чем с ОЭ, а выходное в (1+Н21э) раз больше. Каскад

сОБ не изменяет фазы входного сигнала.

7.Виды межкаскадной связи в многокаскадных усилителях.

Из лекций

Трансформаторная межкаскадная связь Соединение двух участков сигнальной цепи с помощью трансформатора называется трансформаторной

межкаскадной связью. К достоинствам связи этого вида следует отнести то, что при ее применении выбором коэффициента трансформации можно обеспечить оптимальную нагрузку для усилительного прибора и тем самым реализовать возможность получения предельных значений усиления или сигнальной мощности, отдаваемой в нагрузку. В связи с этим трансформаторное подключение нагрузки к выходной цепи транзистора используется в усилителях мощности, где требуется получение больших сигнальных мощностей и высоких значений КПД. Недостатки: неширокая полоса пропускания, большие габаритные размеры транзисторов, их масса и стоимость. Пример схемного построения с трансформаторной межкаскадной связью изображен на рисунке 5. Схема имеет типовое построение на постоянном токе, при этом токозадающий потенциал на базу выходного транзистора вводится через вторичную обмотку трансформатора. Часто в аналоговых трактах требуется создать два противофазных, но равных по уровню сигнальных источника (два парафазных сигнала). Схема, формирующая такие сигналы, называется фазоинвертором. В роли фазоинвертора может быть применен трансформатор, вторичная обмотка которого имеет вывод от средней

точки. В аудиотехнике трансформатор часто применяется на входе помехозащищенной аппаратуры для организации так называемого симметричного сигнального входа. Благодаря входному трансформатору с незаземленной первичной обмоткой оба подводящих сигнальных провода находятся в одинаковых условиях, в результате внешние помехи на зажимах этой обмотки создают одинаковые взаимно компенсирующие напряжения, не вызывая протекания дополнительных токов через трансформатор.

Непосредственная межкаскадная связь В многокаскадном усилительном тракте сигналы с выхода предшествующего каскада поступают на вход

последующего. Простейшей межкаскадной связью, с помощью которой осуществляется эта передача, является непосредственная связь, когда выходные клеммы предшествующего каскада непосредственно соединены с входом последующего, как на переменном, так и на постоянном токе. К схемам с непосредственными межкаскадными связями относится двухтранзисторный усилительный тракт ОЭ-ОБ (рисунок 1а), в котором выходной (коллекторный) вывод транзистора схемы ОЭ (на транзисторе VT1) непосредственно соединен с входом (эмиттерным) зажимом транзистора схемы ОБ (на транзисторе VT2). На рисунке 1б приведен вариант схемного построения ОЭ-ОБ, которое хотя и требует для своей работы двух источников питания, но упрощает схему питания базовых цепей транзисторов. Питание выходных цепей каскадов в схемам на рисунке 1 организовано по так называемой схеме последовательного питания каскадов. В этой схеме выходные цепи транзисторов образуют последовательную цепь, в результате в выходных цепях обеих транзисторов протекают практически одинаковые токи. К достоинствам непосредственных межкаскадных связей следует отнести простоту их реализации, возможность стабилизации режимов работы на постоянном токе за счет охвата усилительного тракта общей петлей ООС. Непосредственная межкаскадная связь широко используется в усилителях постоянного тока и в аналоговых микросхемах.

Гальваническая межкаскадная связь Частным случаем непосредственной межкаскадной связи является так называемая гальваническая межкаскадная

связь, которая в отличие от непосредственной предполагает включение в цепь межкаскадной связи потенциалопонижающей схемы называемой схемой сдвига уровня (ССУ). Обычно в качестве ССУ используют резистивные цепи, прямо смещенные диоды или стабилитроны. В отличие от непосредственной гальваническая межкаскадная связь обеспечивает отличие постоянного потенциала на входе последующего каскада от соответствующего потенциала предшествующего на определенную величину, называемую напряжением сдвига (Uсд). Работу схемы сдвига уровня стараются организовать таким образом, чтобы она не влияла на прохождение сигнала. Пример простейшей ССУ, обладающей этим свойством, приведен на рисунке 4. В ней в роли потенциалосдвигающего элемента использован стабилитрон VD1. Дифференциальное сопротивление стабилитрона пренебрежимо мало, в результате чего он практически не снижает уровень сигнала при его прохождении от транзистора VТ1 к транзистору VТ2.

Емкостная межкаскадная связь Если усилительный тракт не является усилителем постоянного тока, то в нем может быть использована емкостная

межкаскадная связь. При ней в роли элемента межкаскадной связи выступает разделительный конденсатор. Конденсатор разделяет каскады на постоянном токе, объединяя их по переменной (сигнальной) составляющей. В результате такого разделения обеспечивается взаимная независимость режимов работы каскадов на постоянном токе. Благодаря этому в многокаскадном тракте исключается влияние нестабильности и неопределенности режимов работы каскадов друг на друга. Часто в широкополосных трактах на разделительные емкостно-резистивные цепи

разделительных цепей, обеспечивающих требуемое значение нижней границы полосы пропускания fн. К недостаткам емкостной межкаскадной связи относится то, что в усилителях сигналов относительно невысоких частот, в том числе и в усилителях звуковых сигналов, во избежание существенных частотных искажений в области низких частот требуется применять конденсаторы большой емкости. Это часто делает невозможным исполнение усилителя в виде малогабаритной конструкции или микросхемы. Применение емкостной межкаскадной связи не позволяет обеспечить повышения стабильности режимов работы тракта на постоянном токе за счет охвата тракта в целом соответствующей петлей ООС. Трактам с резистивно-емкостными цепями и блокировочными конденсаторами также присущ нежелательный эффект последействия (памяти). Этот эффект обусловлен процессами перезарядки конденсаторов при воздействии на них сигналов с изменяющимися по уровню текущими средними значениями. Например, таких сигналов, как последовательность кодовых комбинаций, организованных как совокупность однополярных импульсных сигналов. Среднее значение таких однополярных импульсных последовательностей претерпевает в ходе передачи данных существенные изменения. Результаты указанных процессов перезарядки накладываются на текущие сигнальные изменения, поэтому значения сигнала на выходе определяются не только текущими сигнальными значениями, но и характером сигнальных изменений в предшествующие моменты времени. Проявление эффекта последействия особенно нежелательно в усилительных трактах импульсных информационноизмерительных систем. В таких трактах из-за проявления указанного эффекта оказывается невозможной надежная регистрация и выделение малых сигнальных изменений после воздействия на усилительный тракт сигнала большого уровня. Нежелательный эффект последействия может усугубиться в результате проявления в тракте

усилителях переменного сигнала. Недостатком этого вида связи является то, что в усилителях сигналов относительно невысоких частот, в том числе и в усилит. звуковых частот, во избежание существования низкочастотных искажений требуется использовать конденсаторы большой емкости. Емкостную межкаскадную связь часто организуют с целью обеспечения дополнительной фильтрации сигналов в низкочастотной спектральной области.

? ?

С сайтов

Основные виды межкаскадных связей - гальваническая, резисторная, емкостная, трансформаторная и дроссельная. Иногда используют комбинации этих связей. Прохождение постоянной составляющей сигнала обеспечивает только гальваническая связь, поэтому этот вид связи может быть применен и в усилителях постоянного тока. Связь между каскадами осуществляется или через резисторы, или непосредственно с помощью соединительных проводников (гальваническая межкаскадная связь).

Дополнительная информация Межкаскадные связи служат для передачи сигнала от источника сигнала на вход первого усилителя, от выхода одного

каскада на вход другого и от выходной цепи последнего усилителя на нагрузку, осуществляя функции разделительных элементов. При этом через них напряжения питания подаются на зажимы усилительных устройств.

8. Обратная связь (ОС) в аналоговых электрических устройствах. Виды ОС.

Одной из особенностей усилительных трактов является то, что они обладают преимущественно однонаправленной передачей сигналов, т.е. такой, при которой прохождение сигнала с входа на выход существенно преобладает над ему обратным, с выхода на вход. Электрическая связь между цепями усилители или процесс передачи сигналов в усилительных трактах в направлении обратном основному, т.е. с выхода на вход называется обратной связью, а цепь, по которой осуществляется эта передача – цепь обратной связи.

ОС может быть специально организованной или возникать помимо желания разработчика. В таком случае ее называют

паразитной.

Взависимости от структуры усилительного тракта, ОС может, как увеличивать усиление тракта, так и уменьшать его по напряжению. ОС увеличивающая коэффициент передачи – положительная (ПОС), понижающая его – отрицательная

(ООС).

Вусилительной технике в основном применяют ООС. При ее применении, ценой некоторого ухудшения усилительных свойств, повышается стабильность и определенность этих свойств, снижается уровень нелинейных, частотных и фазовых искажений.

Структурная схема усилительного тракта, охваченного цепью ОС:

Всостав этой структуры входят:

основной усилительный тракт (К34),

основное звено цепи ОС (к56),

два шестиполюсника (I, II).

Вшестиполюснике II происходит ответвление части выходного сигнала, в основное звено цепи ОС. А шестиполюсник I объединяет, смешивает входной сигнал с сигналом, поступающим с выхода цепи ОС. Считается, что эти шестиполюсники и четырехполюсник К56 являются пассивными цепями ,т.е. цепями, организованными на базе RLC элементов.

Вструктуре усилительного тракта с ОС образуется замкнутый кольцевой путь, называемый петлей ОС.

Степень влияния ОС на свойства усилительного тракта в первую очередь зависит от коэффициента передачи Т в этой петле, который называется петлевой передачей или возвратным отношением и от коэффициента передачи самого усилителя. Т.е. эффективность воздействия ОС на характеристики усилительного тракта определяется свойствами не только цепи ОС, но, в равной степени, и самого тракта, охватываемого цепью ОС.

Степень относительных изменений параметров усилительного тракта, вызываемых введением в него ОС, характеризуется глубиной ОС: F=1±T. Знак «+» соответствует схемам, организованным как схемы с ООС (F>1), знак «–» схемам, как с ПОС (F<1).

В ряде случаев схема усилительного тракта с ОС организована таким образом, что основное звено усиления К56 обладает частотно-зависимой ОС.

При рассмотрении свойств схемы с ОС, считают, что усилительный тракт К34 является однонаправленным. В реальных усилителях принцип однонаправленной передачи может нарушаться из-за паразитных ОС. Например, в следствии прохождения сигнала через проходную емкость транзистора. Влияние ОС можно учесть путем включения в структуру пассивных I, II и К56 звеньев дополнительной цепи, эквивалентной по передаточным свойствам внутренней ОС реального усилителя.

Часто построение шестиполюсников I, II таково, что цепи, идущие в их внешним зажимам, образуют внутри этих шестиполюсников параллельное (слева на рисунке) или последовательное соединение:

Всоответствии с этим различают ОС параллельного и последовательного вида.

Взависимости от структуры входного шестиполюсника I различают ОС последовательную и параллельную по входу, а в зависимости от структуры шестиполюсника II – ОС последовательно и параллельную по выходу. Последние две разновидности часто называют ОС по току и ОС по напряжению. Такие названия обусловлены тем, что при ОС последовательной по выходу сигнальное напряжение на выходе основного звена К56 пропорционально протекающему через нагрузку Zн току, а ОС параллельное по выходу пропорциональна выходному напряжению.

Таким образом ОС бывает:

1.полезная (созданная для улучшения свойств цепи) и паразитная (возникшая в результате взаимодействия отдельных цепей),

2.внешняя (образованная в результате введения специальных цепей ОС) и внутренняя (обусловленная свойствами усилительного элемента),

3.положительная (если в результате сложения сигнала от источника и цепи ОС входное напряжение увеличивается) и отрицательная (если сигнал от источника и цепи ОС отличаются по фазе, так что напряжение на входе усилителя уменьшается),

4.однопетлевая и многопетлевая,

5.частотнозависимая (коэффициент передачи зависит от частоты) и нет,

6.последовательная и параллельная по входу; по току и по напряжению:

Свойства ОС:

ПОС позволяет получать незатухающие автоколебания, вызывает генерацию, поэтому применяется в основном в генераторах, ухудшает большинство характеристик устройства.

В усилителях применяется ООС, так как она позволяет улучшить основные технические показатели: стабилизирует усиление (уменьшить влияние дестабилизирующих факторов), повышает устойчивость (отсутствие самовозбуждения), снижает линейные и нелинейные искажения, расширяет полосу пропускания усилителя, обеспечивает требуемые значения вх и вых сопрот-ий.

Недостаток: улучшение основных характеристик усиления достигается за счет снижения его коэффициента усиления. Влияние ОС на коэффициент усиления по напряжению (на примере последовательной ОС):