Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
Никакой усилитель не дает один и тот же коэффициент усиления на всех частотах. Обычно коэффициент усиления любого усилителя начинает падать на высоких частотах, главным образом из-за его внутренней паразитной емкости. Когда коэффициент усиления слишком сильно меняется при изменении частоты сигнала, говорят, что усилитель имеет плохую частотную характеристику, т.е. имеет место частотное искажение, не связанное с нелинейными искажениями. Отрицательная обратная связь может скорректировать плохую частотную характеристику в пределах интервала частот , на котором К без ОС остается много большим, чем усиление с ОС, при этом усиление не зависит от частоты.
К |
ОС разомкнута |
|
|
|
||
105 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
104 |
|
|
|
|
|
|
103 |
β = 0,001 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
102 |
β = 0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
β = 0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
f, Гц |
10 |
102 |
103 |
104 |
105 |
106 |
|
|
|
|
Рис. 2.34 |
|
||
На рис. 2.34 приведены частотные характеристики усилителей, т.е. зависимость К от частоты f при различных значениях коэффициента ОС .
Отрицательная обратная связь выравнивает частотную характеристику за счет общих потерь в усилении при ее введении, которые, однако, можно устранить и восстановить коэффициент усиления до величины порядка той, какая имеет место без ОС, путем соединения усилителей с ООС каскадно, т.е. один за другим.
Введение отрицательной обратной связи существенно влияет на величину входного и выходного сопротивлений усилителей. При последовательной ООС входное сопротивление усилителя определяется как Rвх.ос=Rвх(1+ К), где Rвх - входное сопротивление
143
без обратной связи, К - коэффициент усиления четырехполюсника без цепи ОС.
При параллельной ООС входная проводимость усилителя может быть оценена по формуле:
Yвх ос=Yвх+Yос(1+ К),
где Yвх - входная проводимость усилителя без ОС, а Yос- проводимость цепи ОС сопротивлением Rос. При последовательной ООС входное сопротивление увеличивается в (1+ К) раз, а при параллельной ООС входная проводимость увеличивается на (1+ К).
Выходное сопротивление в усилителе с ООС по напряжеможно определить как :
Rвых.ос= 1 Rвых K ,
где Rвых выходное сопротивление в усилителе без ООС.
Таким образом, введение ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя в (1+ К) раз.
Можно показать, что ООС по току увеличивает выходное сопротивление, ООС одновременно повышает стабильность работы усилителя и уменьшает все виды искажений.
2.2.3. Классы усиления
Режимы работы усилителей принято делить на следующие классы: А, В, АВ, С и D.
РЕЖИМ А. В режиме А обычно работают усилители, на вход которых поступают сигналы с малыми амплитудами. Рабочая точка (р.т.) находится высоко, т.е. ток покоя велик и при этом нет искажения и отсечки выходного тока Iвых (рис. 2.35).
144
Рис. 2.35
Режим А характеризуется невысоким КПД, т.к. постоянно потребляется мощность от источника питания. Усилитель можно считать маломощным линейным с углом отсечки 2Q=3600.
РЕЖИМ В.Режим В характеризуется более высоким КПД и применяется в мощных усилителях. Ток покоя равен нулю, угол отсечки 2Q=1800, при подаче на вход усилителя переменного сигнала, ток протекает в течение одного полупериода (рис. 2.36).
Рис. 2.36
В режиме В при отсутствии сигнала усилитель не потребляет мощности от источника питания. При наличии сигнала на входе потребляемая от источника мощность пропорциональна среднему значению выходного тока.
145
РЕЖИМ АВ.
Режимы В и АВ приводят к сильному искажению формы сигнала, поэтому они используются обычно в двухтактных усилителях, в которых уменьшение тока одного транзистора компенсируется увеличением тока другого. Режиму соответствует угол отсечки 1800 2Q 3600 (рис. 2.37). Ток покоя мал, но не равен нулю.
Рис. 2.37
Существенное уменьшение нелинейных искажений в двухтактных усилителях происходит в режиме АВ, близком к режиму В. Малые нелинейные искажения и экономичность послужили причиной широкого применения режима АВ в выходных каскадах даже при относительно малых уровнях выходной мощности.
РЕЖИМ С. Режим еще более экономичен, так как угол отсечки 2Q 1800 (рис. 2.38), но применяется только в случае, когда нелинейные искажения не играют существенной роли.
146
Рис. 2.38
РЕЖИМ D. Режим D используется в мощных усилителях, выполненных на маломощных усилительных элементах, режим работы которых связан с их поочередным открытием или закрытием. Их широкое использование ограничивается сложностью конструкции.
2.2.4. Усилительный каскад
Простейшим устройством, сохраняющим свойства усилителя, является усилительный каскад. Обычно усилитель состоит из нескольких каскадов усиления, связанных между собой.
Основным требованием, предъявляемым к усилительному каскаду, является воспроизведение формы входного сигнала на выходе устройства(схемы) при его минимальных нелинейных искажениях.
В состав усилительного каскада входит управляемый электропреобразовательный прибор (электронная лампа, параметрический прибор, транзистор, интегральная схема), параметры которого изменяются в зависимости от напряжения (тока), поступающего на его вход, и нагрузка.
147