Рис. 19.6. Графики, поясняющие работу усилителя в режиме В

Карточка №19.3 (324).

Выходной каскад УНЧ

§19.4. Обратная связь в усилителях

Обратной связью называется такая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии полезного усиленного сигнала с его выхода подается на вход.

Обратную связь можно применять специально для повышения стабильности в работе усилителя, и тогда она является полезной. Однако, когда обратная связь возникает в результате взаимного влияния различных цепей, она может оказаться паразитной.

Различают положительную и отрицательную обратные связи. Положительную обратную связь, как правило, применяют в генераторных каскадах. В усилителях положительная обратная связь обычно является паразитной, а отрицательная применяется довольно часто.

На рис. 19.7 показана структурная схема усилителя с обратной связью. Напряжение обратной связи Uoc составляет часть выходного напряжения Uвых, вырабатывается цепью обратной связи (ЦОС) и подается на вход усилителя вместе с напряжением сигнала Uc. Цепь обратной связи может быть выполнена в виде делителя напряжения. Обратная связь характеризуется

В усилителе с отрицательной обратной связью входное напряжение Uoc определяется как разность между напряжением сигнала и напряжением обратной связи Uoc: Uвх=Uc—Uoc.

Необходимо иметь в виду, что это выражение всегда справедливо для постоянного напряжения. Для действующего значении синусоидального сигнала равенство сохраняется только при условии, что напряжения сигнала и обратной связи находятся в противофазе (в случае положительной обратной связи — в фазе).

Найдем выражение для коэффициента усиления усилителя, охваченного обратной связью:

Так как Uвх=Uc—Uoc, Uc=Uвых/Koc согласно (19.3), a Uoc=bUвых согласно (18.2), то

Uвх=Uвых/Кос—bUвых.

Отсюда Uвх=Uвых(1/Кос—b)=Uвых(1—Косb)Кос или Кос/(1—Косb)=Uвых/Uвх. Из (19.1) имеем

Uвых/Uвх=K, где К—коэффициент усиления усилителя, не охваченного обратной связью. Тогда

Анализ выражения (19.4) показывает, что Кос при отрицательной обратной связи всегда меньше К. В таком случае повышается стабильность работы усилителя. Покажем это на примере.

Допустим, что усилитель с К=100 охвачен отрицательной обратной связью, а b=0,2. Тогда, согласно (19.4),

Таким образом, Кос изменилось всего лишь на 1%.

Физическая сущность стабилизации коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, состоит в том, что при увеличении К увеличивается напряжение обратной связи и входное напряжение падает. В то же время при уменьшении К входное напряжение увеличивается, т. е. отрицательная обратная связь автоматически поддерживает стабильность работы усилителя.

При положительной обратной связи Кос=К/(1—bК)

В этом случае устойчивость работы усилителя ухудшается, что может привести к самовозбуждению усилительного каскада.

В заключение рассмотрим конкретную схему усилителя с отрицательной обратной связью, приведенную на рис. 19.8. Здесь напряжение отрицательной обратной связи снимается с резистора R2 делителя напряжения R1R2. Легко убедиться в том, что обратная связь в данном случае — отрицательная. Действительно, если при изменении uс потенциал базы увеличивается, то потенциал коллектора уменьшается. Это уменьшение потенциала через цепь обратной связи

передается на базу транзистора и напряжения сигнала и обратной связи оказываются в противофазе.

Карточка № 19.4 (195).

Обратная связь в усилителях

§19.5. Межкаскадные связи. усилители постоянного тока

Для получения неискаженной формы и заданной мощности полезного сигнала на выходе усилителя необходимо применять несколько каскадов усиления. Между этими каскадами существуют различные способы связи: через разделительные конденсаторы (емкостная), с помощью трансформаторов (трансформаторная), непосредственная (гальваническая).

ВУНЧ широко распространена емкостная связь (рис. 19.9). Напряжение полезного сигнала

ивх подают на базу Т1 через разделительный конденсатор Ср1. Делитель R1R2 определяет напряжение покоя на участке база — эмиттер первого каскада. Цепь Rэ1, Сэ1 составляет цепь отрицательной обратной связи по току питания и обеспечивает его стабилизацию. Усиленное по

амплитуде напряжение подают через разделительный конденсатор Ср2, не пропускающий постоянную составляющую коллекторного напряжения первого каскада на базу транзистора T2.

Вданном усилителе оба каскада собраны по схеме с общим эмиттером. Известно, что такая схема характеризуется большим выходным и относительно малым входным сопротивлениями. Таким образом, вход последующего каскада оказывается не согласованным с выходом предыдущего. Для согласования применяют трансформаторную связь, при которой обеспечивается максимально возможная мощность на входе последующего каскада (рис. 19.10).

Рис. 19.9. Схема двухкаскадного усилителя с емкостной

связью

В ряде устройств автоматического контроля измеряют и регулируют такие величины, как температура, давление, механические напряжения и т. д. Эти неэлектрические величины преобразуют в медленно меняющиеся токи и напряжения с частотой порядка 1 Гц и меньше. Так

как усиление таких медленно меняющихся сигналов невозможно с помощью обычных УНЧ с емкостной или трансформаторной связью, применяют специальные усилители с гальванической связью между каскадами — усилители постоянного тока (УПТ).

На вход таких усилителей подают сигналы порядка долей милливольт. Для усиления таких слабых сигналов приходится применять многокаскадный УПТ.

Существует два принципиально различных способа усиления медленно меняющихся сигналов: непосредственно по постоянному току с помощью усилителей прямого усиления и с

предварительным преобразованием постоянного тока в переменный с помощью усилителей с преобразованием.

Рассмотрим усилитель прямого усиления (рис. 19.11), состоящий из трех каскадов. Каждый каскад собран по схеме с общим эмиттером, и его работа в принципе не отличается от работы рассмотренных УНЧ. Отсутствие разделительных конденсаторов между каскадами приводит к тому, что постоянная составляющая напряжения предыдущего каскада подается на базу последующего и, следовательно, ее необходимо компенсировать.

Компенсация постоянного напряжения предыдущего каскада обеспечивается постоянным напряжением, которое снимается с резистора Rэ последующего каскада. В частности, сопротивление резисторов Rэ2 и Rэ3 выбирают такими, чтобы напряжения база — эмиттер транзисторов Т2 и Т3 обеспечивали нормальный режим работы.

Режим покоя транзистора Т1 определяется напряжением делителя R1R2, а также напряжением на Rэ1

Резисторы Rэ1—Rэ3 обеспечивают также отрицательную обратную связь по току. Эта

обратная связь по постоянной составляющей тока полезна с точки зрения уменьшения дрейфа нуля усилителя. Дрейфом нуля усилителя называют изменение выходного напряжения усилителя, не связанное с изменением входного напряжения. Дрейф может быть вызван изменением напряжения источника питания, температуры окружающей среды, параметров схемы и т. д.

Напряжение дрейфа соизмеримо с напряжением сигнала и поэтому вызывает его недопустимые искажения. Для борьбы с дрейфом стабилизируют напряжение источников питания, используют глубокие отрицательные обратные связи, а также производят специальный подбор деталей и