7. Расчет входных устройств усилителей

7.1. Введение

В техническом задании на проектирование усилителей обязательно приводятся требования к величине входного импеданса (полного входного сопротивления), представляемого, как правило, в виде параллельного соединения активной и емкостной составляющей.

Можно выделить три характерных режима работы усилителя по входу: потенциальный, токовый и согласованный. Дело в том, что любой реальный источник сигнала может быть представлен в виде ЭДС источника с последовательно включенным входным импедансом (рис.5)

Рисунок 5

или в виде источника тока с параллельно включенным импедансом (рис.6).

Рисунок 6

Если полезная информация источника сигнала заключена в ЭДС, то необходимо стремиться выполнить условие , для чего необходимо иметь , реально . Такой режим характерен отсутствием потребления тока от источника и называется потенциальным.

Если же необходимо иметь информацию о токе источника, то, очевидно, нужно выполнить условно , что имеет место при (реально ). Такой режим называется токовым.

Очень часто связь источника сигнала с усилителем осуществляется через кабель. Для отсутствия искажений сигнала в этом случае входное сопротивление усилителя должно быть чисто активным и равным волновому сопротивлению кабеля. Такой режим называется согласованным.

Наиболее часто на практике используется потенциальный режим работы, которому здесь и будет уделено основное внимание.

Основной задачей при осуществлении потенциального режима является обеспечение оговоренных в техническом задании величин активной и емкостной составляющих входного импеданса. В усилителе без обратной связи не удается получить достаточно большого входного сопротивления. В усилителях на биполярных транзисторах это обусловлено в основном низким значением активной составляющем входного сопротивления транзистора, а в усилителях на полевых транзисторах - наличием паразитных емкостей. Поэтому основным способов получения высокого импеданса является применение повторителем напряжения. Как известно, повторитель - это неинвертирующий усилитель, охваченный последовательной стопроцентной отрицательной обратной связью по напряжению.

На рис.7 изображен процесс формирования схемы повторителя из исходного неинвертирующего усилителя.

Рисунок 7

Здесь индексами 1,2 обозначены входные зажимы исходного усилителя - входное сопротивление исходного усилителя (вынесено из усилителя для наглядности). В усилителе входные зажимы находятся под потенциалом U₁ , поэтому входное сопротивление всего устройства в целом равно , в повторителе разность потенциалов между входными зажимами исходного усилителя равна . Поскольку при , то .

Это означает, что при неизменной значении ток через зажимы 1,2 резко уменьшается, что при неизменной величине , эквивалентно увеличению входного сопротивления повторителя. При этом следует подчеркнуть, что введение обратной связи в данном случае приводит к уменьшению лишь той части входного тока, которая замыкается именно через вход­ные зажимы исходного усилителя.

Так, если к входным зажимам источника сигнала подклю­чено какое-то сопротивление , то влияние его на входное сопротивление будет одинаковым как в случае усилителя, так и в случае повторителя. Причиной этого служит то, что потенциал на в обоих случаях остается неизменным и равным U₁ . При конечном значении усиления исходного усилителя входное сопротивление повторителя будет равно:

(36)

Рисунок 7б

Из (36) ясно, что для увеличения входного импеданса необходимо увеличивать усиление исходного усилителя. Но при , поэтому одновременно с увеличением К₀ следует принимать меры по уменьшению шунтирующего действия.