- •8. Усилители электрических сигналов
- •Классификация усилителей
- •Основные параметры и характеристики усилителя
- •Многокаскадные усилители
- •Обратная связь в усилителях
- •Структурная схема усилителя с обратной связью
- •Влияние отрицательной обратной связи на параметры
- •Типы обратной связи
- •Устойчивость усилителей с обратной связью
- •Режимы работы активных элементов усилительного каскада
- •Усилитель с rc связью
- •Эквивалентная схема одиночного усилительного каскада
- •Избирательные усилители
- •Избирательный усилитель с частотно-зависимой обратной связью
- •Усилители постоянного тока (упт)
- •Упт интегральных схем.
- •Простейший усилительный каскад.
- •Отсюда, подставив (8.18) в (8.17), получаем коэффициент усиления
- •Дифференциальный усилитель.
- •Аналогично
- •С учетом соотношений
- •Эмиттерные повторители.
- •Схемы сдвига уровня.
- •Выходные каскады.
Многокаскадные усилители
О диночный усилительный каскад имеет невысокий коэффициент усиления (10-500). Для получения больших коэффициентов усиления применяют многокаскадные усилители, в которых каскады соединяют последовательно.
Будем считать, что каскады идентичны и согласованы по напряжению, т.е. выходное сопротивление предыдущего и входное сопротивление последующего связаны соотношением . Последнее означает, что каскады можно рассматривать как независимые.
Отсюда следует, что
Отсюда следует, что АЧХ коэффициента усиления есть , а его ФЧХ – . Эти соотношение говорят о том, что с увеличением числа каскадов коэффициент усиления возрастает, а полоса пропускания многокаскадного усиления уменьшается.
Обратная связь в усилителях
Под обратной связью понимают передачу части выходного сигнала на вход усилителя. В усилителях возникают три вида обратной связи: внутренняя, паразитная, внешняя.
Внутренняя - имеет место во всех активных элементах и определяется их конструкцией и физическими процессами в них происходящими. Например, параметр h12 в биполярном транзисторе характеризует обратную связь, которая возникает за счет модуляции ширины базы.
Паразитная – обусловлена наличием паразитных индуктивно-емкостных (L, С) связей, которые создают пути для передачи части выходного сигнала на вход.
Внешняя обратная связь – создается введением в схему специальных элементов.
Все виды обратной связи существенно влияют на параметры и характеристики усилителя. При этом от внутренней и паразитной стараются избавиться за счет рационального выбора элементов и конструкции усилителя, а внешнюю вводят специально. Она позволяет:
Увеличить стабильность коэффициента усиления;
Расширить диапазон усиливаемых частот;
Уменьшить искажение, создаваемое усилителем;
Управлять входным и выходным сопротивлением в нужном направлении.
Структурная схема усилителя с обратной связью
С труктурная схема приведена на рис.8. Часть выходного напряжения по цепи обратной связи передается на вход и складывается с напряжением источника входного сигнала . Комплексная амплитуда сигнала на входе усилителя без обратной связи равна , где
,
β(jω) – комплексная функция коэффициента передачи цепи обратной связи.
,
где K(jω) – комплексная функция коэффициента передачи усилителя без обратной связи.
Отсюда находим комплексную функцию коэффициента передачи усилителя с обратной связью:
. (8.1)
Произведение Н(jω) = (jω)K(jω) называется петлевым усилением.
В рабочем диапазоне частот K и – действительные числа.
В зависимости от знака K различают следующие виды обратной связи:
Если K>0 – то возникает положительная обратная связь (ПОС).
При положительной обратной связи входной сигнал совпадает по фазе с сигналом на выходе обратной связи.
>К; при 0<K<1 положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления. При K=1, Kпос=∞, в этом случае усилитель превращается в генератор.
2) Если K<0 – в усилителе возникает отрицательная обратная связь (ООС). При этом входной сигнал находится в противофазе с сигналом на выходе обратной связи.
и – отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления.