14) Влияние обратной связи

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью определим на примере схемы рис. 3, а для случая Z_г = 0. Обозначая коэффициент усиления усилителя без введения в него обратной связи , а коэффициент усилителя с обратной связью , ( и определяются в режиме холостого хода на выходе) и, считая усилитель линейной системой, можно написать:

,

где  коэффициент передачи цепи обратной связи (или коэффициент обратной связи), определяющий отношение между напряжением обратной связи и выходным напряжением.

15) Нелинейные искажения в усилителе с обратной связью.

.

Отрицательная обратная связь в (1 + К_u) раз снижает сигнал гармоник, возникающий из-за нелинейных искажений в тех каскадах усилителя, которые охвачены обратной связью. Аналогичное влияние отрицательная обратная связь оказывает на напряжение помех (фон, наводки и др.).

С целью снижения нелинейных искажений отрицательная обратная связь широко применяется в выходных каскадах, имеющих наибольший диапазон выходных напряжений.

16) Источники напряжения. К источникам напряжения относят источники электромагнитной энергии, в которых напряжения на зажимах источника мало зависит от тока (рис. 1).

Если R_вн условно вынести за пределы источника, то получим идеальный источник напряжения.

Источники тока – это источники электромагнитной энергии, в которых ток слабо зависит от напряжения, которое создается на зажимах источника (нагрузки) (рис. 2). Предполагается, что источник тока имеет малую внутреннюю проводимость I_н = I  Ug_вн, I_н мало зависит от U при g_вн  0. Если условно вынести g_вн за пределы источника, то получим идеальный источник тока.

17) Токовое зеркало – это электронное устройство, выходной ток которого равен входному как по величине, так и по направлению (рис. 6). По существу является источником тока (управляемый током), коэффициент передачи которого, равен единице. Для нормальной работы токового зеркала необходимо, чтобы параметры транзисторов Т₁ и Т₂ были полностью идентичны.

Транзистор Т1 используется в диодном включении, т.к. U_кб = 0. Коллекторный и базовый токи связаны соотношением I_к = h₂₁I_б, кроме того U_б-э1 = U_б-э2, но при этом I_к1 = I_к2.

Для входного тока можно записать:

I_вх = I_к1 + I_б1 + I_б2 или , откуда .

Для современных транзисторов h₂₁ >> 1, поэтому I_к1 = I_вх = I_к2.

При h₂₁ = 50,  = 4 %. Если эта погрешность велика, то применяют более сложные схемы.

18) Усилительный каскад с динамической нагрузкой

Особенностью этого усилителя является то, что в качестве коллекторного сопротивления включают дополнительный транзистор (рис. 8).

Дополнительный транзистор выполняет функции источника тока с высоким дифференциальным сопротивлением, что позволяет увеличить коэффициент усиления, не нарушая режима по постоянному току. Используя выходную характеристику Т₂, можно найти параметры генератора тока, удовлетворяющего условию I_к02 = I_к01.

.

При подаче на базу Т₁ усиливаемого напряжения, ток транзистора Т₂ изменяется незначительно, что равносильно увеличению сопротивления коллекторной нагрузки до значения R_кд2, без изменения режима по постоянному току.

Усилитель с динамической нагрузкой обеспечивает высокий коэффициент усиления, который достигает 10⁵, и используется в ОУ в сочетании со схемой ОК один или два каскада для обеспечения R_н = R_вхок  max.

19) Операционный усилитель – это аналоговая интегральная схема (ИС), представляющая собой многокаскадный усилитель (рис. 12), содержащий от десятков до сотен транзисторов, на выходе которой формируется напряжение U_вых, равное разности входных напряжений, усиленной ОУ: U_вых = К_у(U_вх1 – U_вх2).

Входной каскад операционного усилителя является наиболее ответственным функциональным узлом, поскольку именно им определяется входное сопротивление ОУ и в нем минимизируется чувствительность к синфазному сигналу и напряжению сдвига (сигналы называются синфазными, если они имеют одинаковые амплитудно-временные параметры; напряжение сдвига – это сигнал на выходе ОУ при нулевых входных сигналах на обоих входах).

За входным каскадом следует несколько промежуточных каскадов, которые обеспечивают необходимый коэффициент усиления.

Оконечный каскад обеспечивает усиление по мощности с заданным К_г и согласование с нагрузкой (минимальное выходное сопротивление). Схемное обозначение ОУ показано на рис. 13, где Е_п – выводы питания, FC – выводы частотной коррекции, NC – выводы балансировки (коррекция напряжения сдвига).

20) Питание усилителя осуществляется, как правило, от двухполярного источника электрической энергии, имеющего относительно общей точки положительную и отрицательную полярность. В этом случае выходной сигнал также может быть двухполярным. При однополярном питающем напряжении выходной сигнал однополярный. Питающие напряжения обычно находятся в диапазоне от 5В до 18 В. Чаще всего используются напряжения 6,3 В; 12,6 В; 15 В, однако имеются ОУ с напряжением питания 3 В и менее, а высоковольтные ОУ питаются напряжением более 18 В.

Выходное напряжение ОУ не может превышать напряжение любого из источников питания. Максимальное выходное напряжение, как правило, на 1 – 2 В меньше по абсолютной величине напряжения питания.