6. Обратные связи в усилителях.

Обратной связью называется эффект подачи части выходного напряжения усилителя на его вход. Цепь, по которой осуществляется передача сиг­нала ОС, называется цепью обратной связи. Петлей ОС называют замкнутый контур, включающий в себя цепь ОС и часть усилителя между точками ее подключения. Местной петлей ОС - охватывающую отдельные каскады или часть усилителя. Общая ОС охваты­вает весь усилитель. - показывает, какая часть выходного напряжения передается обратно на вход.

Если напряжение U_ос сов­падает по фазе со входным на­пряжением U_вых, то в точке сравнения происходит сложе­ние сигналов и ОС называют положительной (ПОС). Если U_oc и U_вых противофазны (по­ворот фазы сигнала φ = π), то в точке сравнения происходит их вычитание и ОС называют от­рицательной (ООС).

По способу получения сигнала обратной связи

а) По току – сигнал пропорционален выходному току.

б) По напряжению - выходному напряжению.

в) Комбинированная - как по току, так и по напряжению.

По способу подачи сигнала обратной связи на вход усилителя

а) Последовательная обратная связь – напряжение обратной связи суммируется со входным напряжением усилителя.

б) Параллельная обратная связь – о.с. при которой ток в цепи суммируется со входным током усилителя.

в) Смешанная – со входным сигналом усилителя суммируется как ток, так и напряжение.

7. Влияние обратной связи на параметры и характеристики усилителей.

Отрицательная ОС уменьшает коэффициент усиления, за счёт этого улучшается большинство других характеристик и параметром усилителя. Отрицательная ОС стабилизирует коэффициент усиления.

Отрицательная ОС уменьшает коэффициент гармоник. Уменьшается коэффициент частотных искажений (как НЧ, так и ВЧ). Существенно уменьшается шумы и помехи, возникающие внутри усилителя. Отрицательная ОС изменяет входное и выходное сопротивления, причём это изменение зависит от вида ОС.

Введение отрицательной ОС уменьшает коэффициент усиления, но расширяет полосу пропускания усилителя. При этом коэффициент частотных искажений на

Определение типа ОС:

Если закоротить выход усилителя и сигнал ОС исчезнет, то ОС по напряжению, а если сигнал ОС останется, то ОС по току.

Для включения транзистора с ОЭ если сигнал ОС подаётся в базу транзистора, то ОС параллельная, а если сигнал ОС в эмиттерную цепь, то последовательная ОС.

Чтобы определить положительную или отрицательную ОС, нужно сравнить фазу сигнала на входе усилителя с фазой сигнала, подаваемой на вход по цепи ОС.

При наличии в усилителе даже слабой положительной ОС ухудшается его работа: увеличиваются частотные и нелинейные искажения.

8. Термостабилизация в усилительных каскадах.

Коллекторная стабилизация.

Физический смысл коллекторной температурной стабилиза­ции заключается в следующем. При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, а напряжение Uкэо уменьшает­ся. Это приводит к уменьшению потенциала базы, а следователь­но, к уменьшению тока базы Iбо и коллекторного тока Iк, кото­рый стремится к своему первоначальному значению. Таким образом, это существенно ослабляет влияние температуры на ха­рактеристики усилительного каскада.

Эммиторная стабилизация

Повышение температуры увеличивает ток I_ко, что приводит к увеличению эмиттерного тока . Увеличивается падение напряжения на R_a с указанной на рис.10.10, б полярностью. При этом потенциал эмиттера увеличивается, а напряжение база — эмиттер U_бэо уменьшается. Абсолютное значение напряжения U_бэо в такой схеме определяется выражением Это приводит к уменьшению напряжения на эмиттерном переходе, что вызывает уменьшение базового тока Iбo, в результа­те чего ток коллектора Iко также уменьшается, стремясь возвра­титься к своему первоначальному значению.

Введение резистора Rэ при отсутствии конденсатора Сэ из­меняет работу усилительного каскада не только в режиме покоя, но и при наличии входного сигнала. Переменная составляющая эмиттерного тока 1_Э_ создает на резисторе R_s падение напряжения, так называемое напряжение обратной связи, которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору.

Коэффициент усиления усилительного каскада будет умень­шаться. Для ослабления влияния ООС по переменному току параллельно резистору Rэ включается Сэ. Емкость конденсатора Сэ выбирают таким образом, чтобы в полосе пропускания усилителя его сопротивление было значительно меньше Rэ. При этом падение напряжения на парал­лельном соединении Rэ и Сэ от переменной составляющей тока эмиттера будет незначительным.

1 0-11. Однокаскадный усилитель RC-типа на биполярном транзисторе с общим эмиттером (построение эквивалентной схемы, анализ параметров по переменному току).

Усилительные каскады на биполярных транзисторах с резисторными нагрузками в цепи коллектора нашли широкое приме­нение в предварительных каскадах усиления. Они обеспечивают

усиление по напряжению, току, мощности. Входной сигнал поступает на базу транзистора от генератора напряжения с внут­ренним сопротивлением R_r. Раз­делительный конденсатор С_р1 служит для предотвращения протекания постоянной состав­ляющей тока базы через источ­ник входного сигнала. При отсутствии С_р1 в цепи источника входного сигнала входного сигнала создавался бы постоянный питания Uип который мог бы вызвать падение напряжения на внутреннем сопротивлении Rг источника сигнала, изменяющее режим работы транзистора и приводящее к нагреву источника сигнала. Конденсатор С_p2 на выходе усилительного каскада обеспечивает выделение переменной составляющей коллекторного напряжения, которая поступает на нагрузочное устройство с со­противлением R_n. Элементы R₁, R₃, R_э обеспечивают режим каскада по постоянному току и температурную стабилизацию.

Параметры усилителя (коэффициенты усиления по току KI, напряжению KU и мощности Kp; входное Rвх и выходное Rвых сопротивления) находятся с использованием аналитического метода, при котором на основе малосигнальной эквивалентной схемы транзистора строится эквивалентное представление каскада по переменному току и проводится его расчет по переменному току (рис. 10.23).

Входное сопротивление каскада представляет собой сопротивление па­раллельного соединения резисторов R₁, R₂; и сопротивления входной цепи транзистора r_вх

Сопротивление входной цепи транзистора определяется как rвх=Uбэ/Iб. Учитывая, что через сопротивление rб протекает ток Iб а через сопротивление rэ - ток (1 + h21э) Iб=Iэ получим

Тогда входное сопротивление усилительного каскада определяется выражени­ем Значение Rвх для каскада с ОЭ составляет сотни Ом или единицы кОм.

Выходное сопротивление усилительного каскада определяется со сто­роны выходных зажимов при отключенной нагрузке и нулевом входном сигна­ле Е_r =0. Из эквивалентной схемы видно, что выходное сопротив­ление каскада определяемся параллельным включением сопротивления Rк и выходным сопротивлением самого транзистора, близким по величине к rк. Обычно rк » Rк, и считается, что выходное сопротивление определяется ве­личиной резистора Rк (Rвых ≈ R_K) и составляет единицы кОм

Коэффициент усиления по напряжению каскада определяется как отно­шение выходного напряжения Uвых на нагрузке к ЭДС источника сигнала Еr Значение Uвых определяется выражением - где знак ми­нус указывает на то, что выходное напряжение находится в противофазе со входным напряжением Ток базы определяется выражением . Тогда . Коэффициент усиления по току определяется отношением тока в нагрузке Iн ко входному току Iвх Ki=Iн/Iвх. Ток в базе и ток в нагрузке определяются: . Коэффициент усиления по току: