книги / Физические основы электроники
..pdfкаждого плеча каскада. В сердечнике трансформатора отсут ствует постоянное подмагничивание.
Отсутствие постоянного подмагничивания сердечника по зволяет уменьшить габариты трансформатора и нелинейные искажения, возникающие в нем.
При полной симметрии плеч коэффициент нелинейных искажений двухтактного каскада класса А равен
A V « ^L , |
(5.75) |
*т\
где 1т и 1 тЪ— амплитуды первой и третьей гармоники.
В реальных схемах всегда имеется асимметрия характери стик транзисторов и других элементов. Поэтому четные гар моники, фон, помехи полностью не уничтожаются, а лишь уменьшаются по сравнению с однотактной схемой (при от сутствии специального подбора усилительных элементов в 3- 5 раз).
( 5 . 7 6 )
где b — коэффициент асимметрии.
В схеме с ОЭ необходимо подбирать транзисторы с оди наковыми величинами р. Если параметры транзисторов плеч схемы отличаются не более чем на 30 %, то коэффициент b обычно не превышает 0,1-0,15. При наличии сопротивления R 3 коэффициент b в 2-3 раза меньше.
Для схемы с ОБ при Rr » R*x и неподобранных транзи сторах в плечах коэффициент Ъ не превышает 0,05-0,07. При малом Rr коэффициент Ъ может возрасти до 0,15-0,2.
В двухтактных схемах необходимо применять транзисто ры с равными граничными частотами коэффициента переда чи тока. В противном случае за счет неодинаковых фазовых
сдвигов могут появиться большие искажения. |
|
Двухтактные выходные каскады класса |
В . Принципи |
альная схема двухтактного каскада в классе |
В приведена на |
рис. 5.32.
В классе В транзисторы двухтактной схемы работают поочередно. В течение одного полупериода входного сигнала транзистор открыт, в течение другого полупериода закрыт. В схеме (см. рис. 5.32) транзистор запирается в самом начале по ложительного полупериода сигнала, приложенного между ба зой и эмиттером, это достигается гем, что между базой и эмит тером подается смещение, немногим отличающееся от нуля. Схема может работать и без смещения с током /к мин = Ао. При этом выходная мощность максимальна, но из-за большой
У ////////////////////////////////////////////////////М ^
/mWy
кривизны начального участка входной характеристики резко возрастают нелинейные искажения. Для устранения искаже ний устанавливается некоторый начальный ток транзисторов
/кмин > /ко. Обычно Л. мин берется равным (0,05 -0,015) /к.макс, & напряжение смещения 0 ,1 -0 ,2 вольта.
Графики, иллюстрирующие режимы работы входных и выходных цепей двухтактного выходного каскада в классе В, показаны на рис. 5.32, а—в.
Нагрузочная кривая А 'В 1построена в отсутствие сигнала. Если не задано начальное смещение Яг = 0, то в рабочей точке В' через оба транзистора протекает ток /ко. При введении сме щения минимальная величина тока коллектора равна Л. мин.
Для более эффективного использования транзистора следу ет выбирать Um ~ Ек] Iyjn~/к. макс, Т.е. Ек< UKмакс! 1 кт+ /к. мин ^ /к. макс.
Так как плечи работают поочередно, то каждое плечо от дает мощность
p t —■р п |
—- Рн |
|
|
211тр ’ |
|
Мощность, отдаваемая всем каскадом |
|
|
P = P H= |
i l KmUKm, |
(5.77) |
ГДе / кт —/к. макс —/к. мин| UKm— Ек —UK.мин —АЕк-
М ощность, потребляемая обоими транзисторами от ис точника питания, определяется как Р = 2Е к (/к. ф + А. мин), где Л.ср = IK.Jn — постоянная составляющая полусинусоидально-
го импульса выходного тока с амплитудой / к.т.
Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторах транзисторов, равняется
Р макс — 2 Р / п * = Ш - Р я/г\т1. |
(5.78) |
Отсюда мощность, отдаваемая нагрузке двухтактным вы ходным каскадом в классе В, не должна превосходить вели чины
Рн. макс ~ 5г|тр Р к. макс.
При выборе транзистора необходимо пользоваться более жестким неравенством для того, чтобы избежать перегрева переходов во время пиковых значений мощности
где tjrp — КПД выходного трансформатора (г|тр = 0,6 - 0,75 для мощности до 1 Вт, г|тр = 0,7-0,85 для мощности от 1 до 10 Вт, г|тр = 0,85-0,94 для мощности от 10 до 100 Вт).
Расчет Рк макс ведется для наибольшей рабочей температуры. Полная потребляемая на входе мощность с учетом сопро
тивления делителя Ri определяется по формуле
Р ^ = 1 ^ р „ + 1 1тв , ) п . |
(5.80) |
Коэффициент нелинейных искажений определяется мето дом пяти ординат. Нелинейные искажения в классе В выше, чем в классе А (минимальная величина может составлять 60-10%).
5.8. Усилители с обратной связью
Обратной связью называют связь между цепями усилите ля, посредством которой усиливаемый сигнал передается в направлении, обратном нормальному, т.е. не из предыдущих каскадов в последующие, а наоборот, от конца усилителя к его началу, с выходной цепи усилителя во входную цепь уси лителя (рис. 5.33 ), где К — коэффициент усиления усилителя; Р — коэффициент передачи цепи обратной связи. Обратная связь может появляться в усилителе по трем причинам.
1.Из-за физических свойств и устройств усилительных элементов; такую обратную связь называют внутренней об ратной связью.
2.Из-за введения в схему специальных цепей; связь этого типа называется внешней обратной связью.
3.Вследствие паразитных емкостных, индуктивных и дру гих связей, создающих пути для об ратной передачи сигнала; такие связи называются паразитными обратными связями.
У /////////////////////////////////////////////////////М
Рис. 5.33
у///////////////////////////////////////////,
Все виды об ратной связи мо гут очень сильно изменять свойст
ва |
усилителя. |
Как |
внутренни |
ми, так и паразитными связями нельзя управлять, и они не редко изменяют свойства усилителя в нежелательном направ-
Рис. 5.35 y/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////z
Рис. 5.36
'/////////////////////////////////////////////////////////////z
лении, например, приводят к самовозбуэвдению усилителя. Внеш няя же обратная связь легко управляема, и ее вводят для улучшения свойств усилителя.
Цепь обратной связи вместе с частью схемы усилителя, к которой она подключена, образует замкнутый контур, назы ваемый петлей обратной связи. Если в усилителе имеется одна петля обратной связи, связь называют однопетлевой (рис. 5.34). Если петель обратной связи несколько, связь называют многопетлевой (рис. 5.35, а). Если в усилителе имеется не сколько петель обратной связи, не захватывающих одна дру гую, петли обратной связи называются независимыми (см. рис. 5.35, а). Если же петли захватывают одна другую, петли назы ваются зависимыми (рис. 5.35, б). Если в петле обратной связи, охватывающей весь усилитель, имеются петли обратной свя зи, охватывающие отдельные каскады или части усилителя, их называют местными петлями обратной связи (рис. 5.35, в).
Способы снятия сигнала обратной связи. Существуют раз личные способы снятия сигнала с выхода схемы и подачи ее на вход системы. Обратная связь по напряжению. Напряжение обратной связи прямо пропорционально выходному напря жению усилителя (рис. 5.36). Обратная связь по току. В этом случае напряжение обратной связи прямо пропорционально
ВЫХОДНОМУ ТОКУ /вых
(рис. 5.37). Смешанная (мостовая по выходу)
обратная связь. Напря жение обратной связи имеет две составляю щие: одна — пропор-
Рис. 5.37
Рис. 5.38
'/////////////////////////////////////'/////////////МУ/,
циональна выходно му напряжению, дру гая — пропорциона льна выходному то ку (рис. 5.38).
Способы введе ния обратной связи. Если сигнал обрат ной связи вводят во
входную цепь последовательно с источником сигнала, то в этом случае связь называют последовательной обратной свя зью (рис. 5.39). Если его вводят параллельно источнику сигна ла, связь называется параллельной обратной связью (рис. 5.40). Существует и комбинированный способ введения обратной связи во входную цепь, называемый смешанной ши мостовой по входу обратной связью (рис. 5.41).
Влияние обратной связи на свойства усилителя. Коэффи
циент усиления усилителя с обратной связью К Св есть отно
шение выходного напряжения усилителя 0 „ш к выходному
напряжению источника сигнала U (см. рис. 5.39), откуда
ТГ |
_ ^вых |
к и Л |
ки. |
к |
к |
А св — |
|
t f j - p к ) |
1-рк |
•, (5.81) |
|
|
й |
й |
и* |
||
|
|
|
|
|
и . |
где К = |
:-Ь|Х; р |
= |
------коэффициешы передачи напря- |
||
|
U ВХ |
^ вых |
|
|
|
жения цепи обратной связи.
Выражение (5.81) является одним из основных для усили телей с обратной связью. По нему можно найти модуль Кс» и аргумент фев коэффициента усиления усилителя с обратной связью на любой частоте, а следовательно, рассчитать как частотную, так и фазовую характеристику усилителя с обрат ной связью по частотной и фазовой характеристикам цепи обратной связи и усилителя без обратной связи.
следует, |
что введение |
|
||||
обратной связи |
в |
уси |
Z u |
|||
литель |
изменяет |
его |
|
|||
коэффициент усиления |
|
|||||
в (1 |
- р К ) раз; |
произ |
|
|||
ведение |
(3# |
— |
назы |
|
||
вают петлевым |
усиле |
|
||||
нием. Оно представля |
|
|||||
ет |
собой |
отношение |
|
|||
напряжения на выходе |
2 « |
|||||
цепи обратной связи к |
||||||
напряжению |
на |
входе |
|
|||
усилителя. Если напря |
|
|||||
жение обратной |
|
связи |
|
|||
0 св совпадает по фазе |
|
снапряжением сигнала
вцепи, куда вводится обратная связь, а по этому арифметически складывается с напря
жением сигнала, — обратную связь называют положительной обратной связью.
Если же напряжение обратной связи противоположно по фазе напряжению сигнала в той цепи, куда связь подается, а поэтому вычитается из напряжения сигнала, то обратную связь называют отрицательной обратной связью.
При положительной обратной связи РЛГ = р.йГ, а следова тельно, выражение (5.81) обращается в
к |
к |
К с ь = |
(5.82) |
1 - р £ |
, _ у . |
|
V . |
Если при этом р/Г < 1, то знаменатель выражения (5.82) меньше единицы и К с ь больше К . Следовательно, положи тельная обратная связь при рЛ- < 1 увеличивает коэффициент усиления усилителя. При рК = 1 значение К с ь становится бес конечно большим, что, как показано ниже, физически соот ветствует самовозбуждению усилителя. При отрицательной обратной связи рЛ" = -рЛ" и выражение (5.81) принимает вид
= К = К |
(5.83) |
1+Р* |
|
Из выражения (5.83) следует, что отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя в (1 -+- рА) раз. Величину (1 + рЯ) при отрицательной обратной связи на зывают глубиной обратной связи. Отрицательная обратная связь улучшает многие свойства усилителя, а поэтому, несмо тря на уменьшение усиления, ее широко используют в совре менных усилителях.
Положительную обратную связь, ухудшающую большин ство свойств усилителя, редко используют в электронных уси лителях; основное применение она находит в генераторах электрических колебаний. Если р является действительной ве личиной и не зависит от частоты, обратную связь называют частотно-независимой; если р комплексно, а следовательно, зависит от частоты, обратную связь называют частотно-зави симой. При неизменных выходной мощности и выходном на пряжении отрицательная обратная связь уменьшает, а поло жительная увеличивает помехи и искажения, возникающие в части усилителя, охваченной обратной связью.
При работе усилителя его коэффициент усиления может меняться вследствие изменения параметров усилительных элементов и электрических величин деталей схемы. Парамет ры и электрические величины изменяются под влиянием ряда причин, называемых дестабилизирующими факторами. К ним