22. .Обратная связь в усилителях.

Подача напряжения с выхода усилителя на его вход называется обратной связью.

Обратная связь может быть паразитной (вредной), возникающей помимо нашего желания, и преднаме­ренной, создаваемой за счет включения в схему специальных цепей обратной связи (рис. 5.25).

Обратная связь может быть положительной и отрицательной: при положительной напряжение обратной связи U_oc совпадает по фазе с входным напряжением U_nx, в результате чего к входной цепи прикладывается напряжение U₁ = U_ax+U_ac; при отри­цательной напряжение обратной связи находится в противофазе с входным напряжением и к входной цепи прикладывается напряжение U₁ = U_!i% — U_oc. Наи­более распространенной в усилителях является после­довательная отрицательная обратная связь по напря­жению (рис. 5.25), и которой выходное напряжение усилителя через цепь обратной связи вновь подастся на его вход последовательно с источником входного сигнала.

Величина, показывающая, какая часть выходного напряжения подается обратно па вход каскада, называется коэффициентом передачи цени обратной связи β:

Рассмотрим влияние обратной связи на коэф­фициент усиления усилителя. Так как обратная связь может быть положительной или отрица­тельной.

При положительной обратной связи знаменатель дроби уменьшается, а коэффициент усиления возрастает. Однако положи­тельная обратная связь в электронных усилителях практически не применяется, гак как усилитель может самовозбудиться и превра­титься в генератор электрических колебаний. Для усилителя такой режим работы недопустим. При отрицательной обратной связи коэффициент усиления уменьшается.

ОС уменьшает возникающие в усилителе не­линейные искажения. Это объясняется следующим образом. В усилителе без обратной связи при большом входном напряжении за счет нелиней­ных искажений в выходном напряжении поми­мо основной гармоники появляются высшие гар­моники, наличие которых искажает форму выход­ного напряжения. При введении ООС напряже­ния этих гармоник через цепь обратной связи подаются на вход усилителя и усиленными по­являются на его выходе. Усиленные напряжения высших гармоник вычитаются из выходного на­пряжения усилителя, так как благодаря действию ООС они будут поступать в противофазе с на­пряжением гармоник.

Таким образом, содержание гармоник при той же величине выходного напряжения в усилителе с ООС будет меньше.

Аналогичное влияние ОС оказывает на на­пряжение помех (фон, наводки и т. д.). Как отмечалось, ОС влияет на входное и выходное сопротивления каскада. Это обстоятельство очень важно для усилителей, выполняемых на биполярных транзисторах.

22. .Усилители напряжения.

Схема рис. 5.9 называется схемой с фиксиро-" ванным напряжением смещения на базе. Напря­жение смещения снимается с резистора, входя­щего в делитель напряжения Rl, R2. Ток де­лителя выбирается достаточно большим, значи­тельно больше тока базы в режиме покоя. Это необходимо для того, чтобы температурные из­менения токов эмиттера и коллектора незначительно влияли на ток базы.

Схема рис. 5.9 менее экономична, чем схема рис. 5.7, по стабильность режима работы ее повыше­на. Из схемы рис. 5.9 видно, что ее резистор R2 подключен параллельно входному сопротивлению транзистора Л_ах. Источник питания всегда имеет малое внутреннее сопротивление, поэтому, пренебре­гая им, можно считать, что резисторы R1 и R2 включены между собой параллельно. Поэтому дели­тель Rl, R2 должен иметь большое сопротивление (несколько килоом) и обеспечивать выполнение условия:

.Усилители постоянного тока.

Усилителями постоянного тока (УНТ) называют усилители, коэффициент усиления которых не уменьшается при снижении частоты вплоть до нуля. Такие усилители производят усиление не только перемен­ной, по и постоянной составляющей сигнала.

УПТ широко используют в электронных вычисли­тельных устройствах, в системах автоматического регулирования, в радиоизмерительных устройствах (электронные вольтметры, высокочувствительные гальванометры, осциллографы), в стабилизаторах, а также во многих промышленных установках, По принципу действия УПТ подразделяют на два основ­ных типа: прямого усиления и с преобразованием сигнала. -

Электрические сигналы, воздействующие на вход усилителя постоянного тока, во многих случаях малы по величине. Так, с помощью УПТ приходится усиливать напряжения порядка долей милливольта, а токи — порядка 10^-15 — 10^-16 А. Для усиления таких слабых электрических сигналов одного каскада обыч­но оказывается недостаточно, поэтому приходится применять многокаскадный усилитель.

Очевидно, при построении многокаскадных УПТ емкостная или трансформаторная связь не может быть использована, так как ни конденсаторы, ни трансформаторы не пропускают постоянный ток. Поэтому для соединения отдельных каскадов приме­няют только гальваническую (непосредственную) связь. При этом базу транзистора каждого после­дующего каскада непосредственно соединяют с коллектором предыдущего.

Это требование приводит к возникновению опре­деленных трудностей, связанных с необходимостью согласования режимов соседних каскадов по постоян­ному току. Такие трудности не возникают в усилителях переменного тока, где разделительные конденса­торы изолируют каскады по постоянному току.

Согласование режимов соседних каскадов УПТ по постоянному току может быть осуществлено двумя способами.

При первом способе дополнительный источник постоянного напряжения включают в цепь межкаскадной связи (рис. 5.37, а). В этом случае на­пряжение смещения Е₂ определяется как разность постоянного напряжения Ь\ на выходе предыдущего каскада и напряжения Е дополнительного источника:

Е₂ = Е₁ — \Е\. Изменяя напряжение Е, всегда можно подобрать оптимальное для транзистора второго каскада напряжение смещения.

При втором способе дополнительный источник постоянного напряжения включают в цепь эмиттера (или в цепь истока).

При полярности напряжения Е, указанной на рис. 5.37, б, напряжение смещения Е₂ снова будет разностью постоянных напряжений Е₁ и Е и также может иметь нужную величину.

С конструктивной точки зрения первый способ схемного решения менее удачен, особенно в случае применения многокаскадных УПТ. УПТ будет очень громоздким, так как необходимы дополнительные источники питания, число которых только на один меньше числа каскадов.

Второй способ схемного решения значительно лучше, гак как роль дополнительного источника постоянного напряжения может играть, например, резистор R в цепи эмиттера, через который проходит постоянный ток. Величину постоянного тока I_ подбирают такой, чтобы выполнялось условие RI_ = Е. Вариант схемы двухкаскадного транзистор­ного УПТ приведен на рис. 5.38.

Делитель Rl, R2 обеспечивает смещение на базу транзистора VTI. При данной полярности источника питания Е_к на коллекторе транзистора устанавлива­ется соответствующий начальному режиму относи­тельно высокий отрицательный потенциал, который прикладывается к базе транзистора У'1'2. Уровень этого потенциала обычно значительно превышает требуемое напряжение смещения па базу транзистора VT2. Полому, если его не скомпенсирован., то токи hi ^H hi возрастут настолько, что транзистор VT2 может оказаться в режиме насыщения. Компенсация коллекторного напряжения £/_к1 в приведенной схеме осуществляется напряжением на резисторе К_э2, на­правленным встречно и задаваемым такой величины, чтобы

где U₆₂ — напряжение смещения на базу транзистора VT2, обеспечивающее необходимый базовый ток. В свою очередь ток /₆₂ обеспечивает начальный режим работы второго каскада.

Принципиальная трудность, возникающая при конструировании УПТ, заключается в том, что такие усилители обладают большой нестабильностью. Даже очень медленные изменения напряжения источ­ников питания, а также параметров транзисторов и деталей схемы вследствие их старения, колеба­ний окружающей температуры вызывают медленные изменения токов, которые через цепи гальванической связи передаются на выход усилителя и приводят к изменениям выходного напряжения.