4. Отрицательная обратная связь в усилителях

Качественные показатели усилителя улучшаются, если в нем применена отрицательная обратная связь (ООС). В этом случае на базу транзистора одновременно с входным напряжением подается часть выходного напряжения (напряжение обратной связи), фаза которого противоположна фазе входного напряжения.

Напряжение обратной связи бывает пропорционально либо выходному напряжению, либо выходному току. Реже встречается комбинированный вид обратной связи. В зависимости от способа подачи напряжения обратной связи на вход усилителя различают последовательную и параллельную обратную связь. Перечисленные варианты схем отрицательной обратной связи приведены на рис.11.

В результате применения ООС происходит значительное уменьшение нелинейных искажений, частотных и фазовых искажений. Может быть увеличено входное и уменьшенно выходное сопротивление усилителя. Недостатком является уменьшение коэффициента усиления, так как в усилителе с ООС напряжение на базе U_бэменьше входного напряженияU_вх. Кроме того, в усилителях с отрицательной обратной связью, охватывающей несколько каскадов, может возникнуть самовозбуждение. Поэтому в редких случаях отрицательной обратной связью охватывают более двух каскадов.

5. Усилитель с общим эмиттером

На рис.12 приведена схема с ОЭ. Это наиболее часто используемая схема включения биполярного транзистора, которая характеризуется относительно высоким входным сопротивлением и высоким выходным сопротивлением. Схема создает усиление по току и напряжению и, как следствие, обладает большим коэффициентом усиления по мощности. Фаза выходного сигнала сдвинута на 180относительно фазы входного сигнала. К недостаткам схемы можно отнести относительно низкую, по сравнению с другими схемами включения, верхнюю границу полосы пропускания.

5.1. Графоаналитический метод анализа работы усилителя

Различают три режима работы усилителя: режим малого сигнала, когда переменная составляющая напряжения на базе транзистора U_вхмного меньше постоянной составляющейU_бэ0, режим большого сигнала, когдаU_вхсоизмеримо сU_бэ0и режим покоя, при котором входной сигнал отсутствует. Для нормальной работы любого усилительного каскада, например, схемы с ОЭ необходимо, в режиме покоя установить напряжение смещения на эмиттерном переходеU_бэ0, ток покоя коллектораI_к0и напряжение покоя коллектораU_к0. Графоаналитический метод наглядно иллюстрирует положение точки покоя на проходной и семействе выходных характеристик транзистора при выбранном напряжении питанияЕи сопротивлении нагрузки усилительного каскада R_к(рис.13). Для этого на графике семейства выходных характеристик транзистора необходимо построить нагрузочную прямуюU_к=ЕI_кR_к. Ее можно построить по двум точкам: 1) приI_к=0U_к=Е, 2) приU_к=0 (точка не реальная,U_к=0 означает короткое замыкание коллектора и эмиттера)I_к=Е/R_к. Все возможные значения токовI_ки напряженийU_кбиполярного транзистора (рабочие точки) лежат в точках пересечения его выходных характеристик с линией нагрузки. Задавая напряжение смещения U_бэ0, устанавливают точку покоя на середине линейного участка проходной характеристики, при этом течет токI_к0и задается напряжениеU_к0.

Под воздействием входного напряжения U_вхпроисходит изменение тока коллектораI_к, т.е. в цепи коллектора появляется его переменная составляющая. При активной нагрузке переменная составляющая тока коллектора находится в фазе с переменным напряжением на базе транзистора. Из рис.13 видно, что при увеличении напряжения базы ток коллектора увеличивается и увеличивается падение напряжения на сопротивленииR_к. Так какU_к=ЕI_кR_к, а напряжение питанияЕесть величина постоянная, то напряжениеU_кпри этом падает. Таким образом, сдвиг фаз между входным и выходным напряжением равен 180.