1.11.3 Підсилювачі з трансформаторним зв'язком

З’єднання двох ділянок сигнального кола за допомогою трансформатора називається трансформаторним зв'язком. До переваг зв'язку цього виду слід віднести те, що при його застосуванні вибором коефіцієнта трансформації можна забезпечити оптимізацію значення навантаження підсилювального приладу і тим самим реалізувати можливість отримання граничних значень потужності, що передається в навантаження. У зв'язку з цим трансформаторне підключення навантаження до вихідного кола транзистора використовується у кінцевих каскадах підсилювачів потужності, де потрібне отримання великих потужностей і високих значень ККД. До недоліків трансформаторного зв'язку слід віднести нешироку смугу пропускання (мале значення відношення верхньої граничної частоти смуги пропускання до нижньої), великі габаритні розміри трансформаторів, їх масу і вартість.

Приклад використання трансформатора в якості елемента міжкаскадного зв'язку наведено на рисунку 1.46. Схема має типову побудову за постійним струмом. Постійна напруга на базу в другому каскаді подається через вторинну обмотку трансформатора.

Рисунок 1.46– Приклад використання трансформатора в якості елемента міжкаскадного зв'язку

1.11.4 Підсилювачі з оптронним зв'язком

У ряді випадків виникає потреба гальванічної розв'язки окремих ланок підсилювального тракту. При цьому широке застосування знаходить оптоелектронна розв'язка. Приклад такої схеми наведено на рисунку 1.47. Тут світлодіод виступає в ролі перетворювача струм-світло. Перетворення має нелінійний і температурно-залежний характер, тому в схемі передбачена можливість охоплення підсилювального тракту петлею НЗЗ, що діє як за постійним, так і за змінним струмом. У ролі датчика, що здійснює перетворення світлового випромінювання в струм в цій петлі, виступає один з фотодіодів (фотодіод ).

Рисунок 1.47 – Схема підсилювача з оптронним зв'язком

Сигнальний струм на вході транзистора утворюється в результаті перетворення світло-струм, що здійснюється за допомогою фотодіода . Всі фотодіоди працюють при зворотно зміщених переходах, оскільки при такому режимі вони володіють найбільшою лінійністю перетворення світло-струм, а також високою чутливістю і швидкодією. Розділені оптроном ділянки тракту живляться від різних джерел і , чим забезпечується можливість здійснення повної гальванічної розв'язки між ділянками тракту.

1.11.5 Підсилювачі напруги з резистивно-ємнісним зв’язком

На рисунку 1.48 наведена схема двокаскадного підсилювача напруги з резистивно-ємнісним зв'язком на біполярних транзисторах типу п-р-п. Підсилювач складається з двох підсилювальних каскадів зі СЕ, з'єднаних між собою через конденсатор зв'язку , який не пропускає постійну складову колекторної напруги транзистора в базове електричне коло транзистора . Конденсатор зв'язку не пропускає постійну складову колекторної напруги транзистора на навантажувальний пристрій підсилювача.

Рисунок 1.48 – Схема двокаскадного підсилювача напруги з резистивно-ємнісним зв’язком

У кожному підсилювальному каскаді застосована температурна стабілізація, що забезпечується елементами і .

Коефіцієнт підсилення за напругою ненавантаженого підсилювального каскаду зі СЕ

Коефіцієнт підсилення за напругою каскаду підсилювача з резистивно-ємніснимзв'язком можна записати у вигляді

де , – відповідно сталі часу підсилювального каскаду на верхніх і нижніх частотах.

Модуль коефіцієнта підсилення за напругою підсилювального каскаду

Аргумент коефіцієнта підсилення за напругою представляє собою кут зсуву фаз між вихідною і вхідною напругами:

.

Коефіцієнт підсилення каскаду залежить від частоти. Найбільші значення коефіцієнт підсилення має в області середніх частот, для якої . У цій області частот ємності і _, що входять до виразу для постійних часу і , не впливають на коефіцієнт підсилення. Максимальне значення коефіцієнт підсилення має на частоті

яка називається квазірезонансною частотою підсилювача.

В області нижніх частот на коефіцієнт підсилення сильний вплив має ємність, що входить до виразу сталої часу . Опір ємнісного елемента на нижніх частотах набагато більший , тому він не впливає на значення вихідної напруги. На верхніх частотах опір стає сумірним з . Із зростанням частоти опір зменшується, шунтує опір _, тому вихідна напруга, а отже, і коефіцієнт підсилення знижуються. Конденсатор зв'язку на верхніх частотах не впливає на коефіцієнт підсилення, оскільки його опір малий.

Для оцінки властивостей підсилювача напруги з резистивно-ємнісним зв'язком на різних частотах користуються амплітудно-частотними фазо-частотними характеристиками. Ці характеристики для підсилювача з резистивно-ємнісним зв'язком наведені на рисунку 1.49,а, б.

При дуже низьких частотах коефіцієнт підсилення під-силювача , оскільки опір конденсатора зв'язку .

Рисунок 1.49 – Амплітудно-частотна (а) і фазо-частотна (б) характеристики підсилювача напруги з резистивно-ємнісним зв'язком

На дуже високих частотах коефіцієнт підсилення , тому що опір ємнісного елемента .

Фазо-частотна характеристика підсилювача (рисунок 1.49,б) показує, що в області нижніх частот вихідна напруга випереджає по фазі вхідну, а в області верхніх частот відстає від неї. У граничних випадках при і кут зсуву фаз прагне відповідно до і .

На високих частотах збільшуються спад коефіцієнта підсилення і кут зсуву фаз між вихідним і вхідним напругами (пунктирні криві на рис. 1.49). Це необхідно враховувати при виборі типу транзистора і визначенні смуги пропускання. При смуга пропускання на високих частотах обмежена граничною частотою транзистора і не залежить від параметрів елементів підсилювача.

Коефіцієнт підсилення багатокаскадного підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів підсилення окремих каскадів:

.

Звідси випливає, що коефіцієнт частотних спотворень і кути зсуву фаз між вихідною і вхідною напругами багатокаскадного підсилювача зростають зі збільшенням кількості каскадів:

.

.

Отже, смуга пропускання підсилювача зі збільшенням кількості каскадів зменшується.