Лекции

сопротивления нагрузки по переменной и постоянной составляющим коллекторного тока различны, а именно по постоянной составляющей таким сопротивлением является Rк, для переменной

На вход второго каскада поступает и усиливается та часть переменной составляющей коллекторного тока Iк, которая ответвляется в Rвх2. Следовательно, коэффициент усиления тока усилителя по схеме с ОЭ с RC-связью

где Iб – переменная составляющая тока базы второго транзистора; Iб переменная составляющая тока базы первого каскада.

На средних частотах возможно пренебречь влиянием реактивных элементов схемы, в связи с чем величина коэффициента усиления по току будет максимальна:

Ток Iб определяется входным сопротивлением второго каска-

да Rвх2, т. е. IБ IК RH Rвх2 или IбRвх2 IКRH. Коэффициент усиления по току с учетом выражения (2.16) получим в виде

Коэффициент усиления по напряжению с учетом (2.17) запишется как

если RH Rвх1, то получим, что Ku=h21э.

Коэффициент частотных искажений за счет влияния входной цепи определяется в общем виде аналогично выражению (2.20). Соответствующая постоянная времени определяется выражением

Если задаться коэффициентом частотных искажений, определяемым эмиттерной цепью, то сама емкость в эмиттере может быть определена по выражению

При расчете второго каскада вместо RГ надо в (2.22) и (2.23) подставить результирующую величину, определяемую параллельным соединением Rвых1 и Rк предыдущего каскада и R1 и R2 и Rвх2 цепи базы рассматриваемого каскада.

На высоких частотах начинает сказываться комплексный характер коэффициента передачи транзистора по току , модуль которого определяется выражением

определяющая полосу пропускания.

С учетом (2.24) коэффициент частотных искажений на высо-

Кроме того, на высоких частотах сказывается шунтирующее действие емкости Скэ, что приводит к уменьшению входного тока второго каскада Iб, следовательно, и Ki. Сам коэффициент частотных искажений, определяемый влиянием емкости Скэ, находится по выражению

где в RвСкэ – постоянная времени цепи разряда емкости Скэ на

высоких частотах; Rв RнRвых1 Rн Rвых1 .

Результирующие частотные искажения на верхних частотах

2.6.ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ

Вобщем случае под обратной связью понимается передача части энергии из выходной цепи усилителя во входную. При обратной связи по напряжению на выходе звена обратной связи имеем напряжение обратной связи Uос, пропорциональное напряжению

на нагрузке усилителя Uoc Uвых , где χ – коэффициент передачи звена обратной связи. Если напряжение обратной связи пропорционально току нагрузки, то имеет место обратная связь по току. Обратной связи по напряжению соответствует рисунок 2.18, а по току – рисунок 2.19.

Причем для получения обратной связи по току напряжение на вход звена обратной связи подается с некоторого сопротивления Zос, включенного последовательно с сопротивлением нагрузки Zн.

В этом случае имеем Uoc ZocIн .

По способу создания напряжения обратной связи Uос схемы, представленные на рисунках 2.18 и 2.19, относятся к схемам с последовательной обратной связью (в первом случае по напряжению,

а во втором по току). В них напряжение входного сигнала Uвх суммируется с напряжением обратной связи Uос, т. е.

При параллельной обратной связи на входе суммируются токи.

2.6.1. Последовательная обратная связь по напряжению

Разделим правую и левую части выражения (2.28) на Uвых и

получим Uc Uвых Uвх Uвых Uoc Uвых или 1K 1Koc .

Последнее выражение удобно переписать в виде

обратной связью.

В общем случае K и – величины комплексные, поэтому значение Кос определяется не только модулями K и , но и фазовыми сдвигами в цепи как самого усилителя, так и звена обратной связи. Модуль коэффициента усиления усилителя с ОС (обратной связью) в связи со сказанным можно определить по выражению

K

Koc 2 2 , 1 2 K cos K

1 2K cos K2 2

Кос

Рис. 2.20

Изменение полосы пропускания при ООС и ПОС объясняется изменением коэффициента усиления Кос на разных частотах в зависимости от величины χ и фазовых сдвигов. Фазовые сдвиги между сигналом в основной цепи и цепи обратной связи при положительной обратной связи растут, т.к. они складываются, а при отрицательной уменьшаются, т.к. они вычитаются на входе усилителя.

Обычно на средних частотах стремятся обеспечить 0 либо

180 , в результате коэффициент усиления усилителя либо возрастает, либо уменьшается, что и отражено на рисунке 2.20 в области средних частот.

На низших и высших частотах для положительной обратной связи возрастающие фазовые сдвиги приводят к быстрому уменьшению коэффициента усиления усилителя, в результате полоса пропускания сужается. При ООС фазовые сдвиги вычитаются, что приводит к стабилизации коэффициента усиления усилителя с изменением частоты и, как следствие, расширению полосы пропускания всего усилителя.

Существенно сказывается наличие обратных связей на нелинейных искажениях усилителей. При ООС нелинейные искажения уменьшаются, а при ПОС увеличиваются в связи с тем, что высшие гармонические выходного сигнала, появившиеся в результате нелинейных искажений, в первом случае подаются на вход в противофазе с основным сигналом, а во втором – в фазе.

Входные и выходные сопротивления также меняют свое значение в зависимости от знака обратной связи. При ПОС входное

2.6.2.Последовательная обратная связь по току

Вданном случае сигнал обратной связи имеет напряжение Uoc ZocIн . С ростом тока нагрузки растет Uос, что при ООС при-

водит к уменьшению выходного напряжения Uвых, а следовательно, и уменьшению Iн, т.е. ООС по току обеспечивает постоянство тока нагрузки. В связи с этим в усилителях напряжения, где надо обеспечить независимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки, последовательная ООС по току практически не применяется. Действительно, в многокаскадных усилителях входные сопротивления последующих каскадов зависят от частоты и уменьшаются на высоких частотах вследствие шунтирующего действия емкостей. При постоянстве тока при ООС уменьшается коэффициент усиления усилителя, т.е. происходит «завал» АЧХ на высоких частотах за счет уменьшения напряжения на входе последующего каскада. Кроме того, ООС по току приводит к росту выходного сопротивления: Zвых ос Zвых I K , что плохо.

Наряду с рассмотренными случаями последовательной обратной связи существует еще и параллельная обратная связь, однако схемы с ее применением будут рассматриваться ниже, а сейчас имеет смысл остановиться на обратных связях, возникающих произвольно, т.е. помимо воли человека, и называемых паразитными. По своему происхождению паразитные обратные связи делятся на ряд типов. Наиболее распространенными являются обратные связи за счет электромагнитной связи между монтажными элементами схемы. Для их устранения используют экранирование отдельных элементов либо экранами из металла с большой проводимостью, либо с большой магнитной проницаемостью. Помимо этого применяют рациональные конструктивные решения и разнесение цепей входа и выхода. Другим распространенным источником паразитных связей являются связи за счет общего источника питания. Так как источники имеют внутреннее сопротивление, не равное нулю, то на нем выделяется переменная составляющая, определяющая помеху. В результате возможно возникновение генерации в усилителе. Генерация, как правило, имеет место на низких частотах, т.к. на высоких емкостные фильтры источника обеспечивают практи-