Тема 3. Зворотний зв'язок (зз) у підсилювачах (10 годин)

Принцип та призначення ЗЗ. Способи здобуття й уведення сигналів. Петля, коефіцієнт петльового підсилення, глибина. Частотно-незалежний і залежний, лінійний і нелінійний, пасивний та активний ЗЗ. Види ЗЗ.

Вплив ЗЗ на показники підсилювача (АЧХ, ФЧХ, ПХ, нелінійні спотворення та внутрішні завади, чутливість, вхідний і вихідний опорів та інш.).

Література:[ 1, с.37...54].

Методичні вказівки. Зворотний зв'язок електричний – одна з форм впливу наслідку на причину, здійснюється подачею частки вихідного сигналу на вхід підсилювача. Розрізняють паразитні, внутрішні, цільові та мішані ЗЗ. Цільові ЗЗ потрібні для стабілізації режиму АЕ, показників підсилювача та зниження спотворень. Коефіцієнт петльового підсилення визначається добуткомК, кількісна міра впливу ЗЗ на показники – зворотною різницею F = 1 -К. В разі негативного зворотного зв'язку (НЗЗ) добуток позитивний.

Тепер слід розглянути чотири види ЗЗ за способом здобуття й уведення сигналів. Перше слово тут – умовний спосіб з'єднання кіл підсилення та зворотного зв’язків з боку входу, друге – із боку виходу.

Вплив ЗЗ на показники визначається фактором F при різних значеннях внутрішнього опору, джерела сигналу або навантаження. Вузлові питання теми – питання, які визначають вплив ЗЗ на К, вхідні та вихідні опори підсилювача, чутливість і спотворення сигналу у процесі підсилення. Необхідно вміти визначати фактори впливу, тому слід доцільніше ознайомиться з виразами величин для різних видів ЗЗ.

Контрольні запитання

1. Які існують види ЗЗ?

2. Які існують засоби введення ЗЗ у вхідне коло підсилювача?

3. Як змінюються властивості підсилювача якщо підключиться коло НЗЗ послідовно чи паралельно вхідним затискувачам?

4. Яка властивість системи підсилювач – коло ЗЗ є основою широкого використання ОП?

5. Чому НЗЗ зменшує рівень нелінійних спотворень у підсилювачі?

6. Чому зростає стабільність коефіцієнта підсилення при введенні НЗЗ?

7. До яких якісних змін може привести систему підсилювач - коло ЗЗ істотне збільшення коефіцієнта передачі підсилювача?

Закінчивши вивчення цього розділу і відповівши на контрольні запитання, студент повинен пояснити та розрахувати вплив НЗЗ на показники підсилювача.

Тема 4. Каскади підсилення (18 годин)

Каскади підсилення – мінімальна частина електронного підсилювача.

Каскад аперіодичний зі спільним емітувальним електродом. Аналіз показників каскаду у робочому діапазоні частот. Еквівалентна схема, моделі, вирази для НЧ, СЧ, ВЧ. Властивості каскадів на БТ, ПТ.

Каскад аперіодичний зі спільним керованим збиральним електродом. Аналіз показників каскаду у робочому діапазоні частот. Еквівалентна схема, моделі, вирази для НЧ, СЧ, ВЧ. Властивості каскадів на БТ, ПТ.

Каскад аперіодичний зі спільним керувальним електродом. Чотири обставини, котрі дозволяють аналізувати каскад як і каскад із СЕ.

Каскад аперіодичний широкосмуговий з LCR-корекцією АЧХ, ФЧХ, ПХ і групового часу затримання. Призначення та види кіл корекції. НЧ і ВЧ корекція. Площа підсилення як показник пристрою.

Література:[ 1, с.75...94, 175...187].

Методичні вказівки.. Каскад підсилення виконує основні якісні функції та зумовлює частку кількісних показників підсилювача, містить АЕ і пасивні радіоелементи. Розрізняють одно- та двотактні каскади. У перших одне плече і вони підсилюють протягом усього періоду сигналу, другі мають два плеча, кожне з яких видає ненульовий вихідний струм лише протягом певної частки періоду сигналу. Багатокаскадний підсилювач може містити обидва каскади тому можливі різновиди кіл міжкаскадного зв'язку: безпосередні (гальванічні), резисторно-ємнісні, індуктивні та ін.

Каскад аперіодичний зі спільним емітувальним електродом – найпоширеніший тип підсилювача, з показниками якого порівнюють показники інших каскадів.

Передусім треба детальніше ознайомиться з принциповими схемами каскадів на БТ і ПТ, з'ясувати призначення елементів схеми та фізичні процеси при обробці аналогових сигналів.

Для аналізу показників каскаду робочий діапазон частот умовно розбивають на три піддіапазони: НЧ, СЧ, ВЧ і для кожного дістають часткові еквівалентні схеми за змінним струмом, що містять вихідне коло АЕ, елементи міжкаскадного зв'язку та входу наступного каскаду. При цьому необхідно виділити наступні питання:

1. Еквівалентна схема каскаду попереднього підсилення та її спрощення.

2. Аналіз каскаду в діапазоні середніх частот і вивід виразу для визна-чення опору навантаження.

3. Аналіз каскаду в діапазоні верхніх частот і вивід виразу для визна-чення оптимального значення еквівалентного навантаження, що дає максимальне значення граничної частоти.

4. Аналіз каскаду в діапазоні нижніх частот і вивід виразу для визначення ємності роздільного конденсатора, що забезпечує найменше значення нижньої граничної частоти за заданими амплітудно-частотними спотвореннями.

5. Оцінка підсилювальних властивостей каскаду в цілому та вплив елементів схеми на АЧХ, ФЧХ і ПХ.

Далі слід поставити задачу корекції частотних характеристик і групового часу затримання, що необхідно для обробки неперервних та імпульсних сигналів із спектром від одиниць герців до сотень мегагерців. Розрізняють каскади з ВЧ-корекцією (область малого часу ПХ) та НЧ-корекцію (область великого часу ПХ) за допомогою коректувальних двополюсників або додаткових кіл частотно-залежного НЗЗ.

Показником пристрою є площа підсилення - добуток наскрізного коефіцієнту передачі каскаду всередині робочого діапазону частот на частоту полюса передаточної функції наскрізної передачі. Тому треба визначити площу підсилення в залежності від елементів і параметрів транзисторів для її збільшення.

Контрольні запитання

1. Навести еквівалентну схему резисторного каскаду для НЧ. Як зробити каскад мініатюрнішим?

2. Як впливає вибір типу транзистора на АЧХ підсилювача на ВЧ?

3. Як впливає вибір опору резистора навантаження на АЧХ підсилювача в області ВЧ?

4. Як впливає вибір ємності розподільного конденсатора та елемента базового (заслонового) подільника на АЧХ підсилювача на НЧ?

5. Як змінюється АЧХ. підсилювача при зменшенні ємності конденсатора фільтра живлення колекторного кола?

6. У чому принцип корекції АЧХ у каскаді з послідовним ЗЗ?

7. Як виконують ВЧ-корекцію та НЧ-корекцію?

Закінчивши вивчення цього розділу та відповівши на контрольні запитання, студент повинен вміти:

1. Накреслити принципові схеми каскадів на БТ і ПТ, пояснити призначення елементів схеми, фізичні процеси при обробці аналогових сигналів.

2. Провести аналіз каскаду в діапазонах НЧ, СЧ, ВЧ та вивести вирази для визначення значень елементів, характерних для вибраного діапазону.

3. Вказати вплив елементів схеми на АЧХ, ФЧХ, ПХ.

4. Виконати лабораторну роботу “Дослідження каскаду попереднього підсилення”. Мета роботи: студент повинен вміти розрахувати схему та зібрати макет дослідження попереднього каскаду підсилення, зняти його АЧХ, перевірити постійність добутку наскрізного коефіцієнта передачі каскаду на частоту полюса передавальної функції, пропонувати частотну корекцію, обміркувати та розглянути всі можливі причини будь яких невідповідностей між виміряними та розрахованими даними.