М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 21
Текст из файла (страница 21)
5.15 Отрицательная обратная связь и выходное сопротивление В предыдушей главе было показано, что в случае, когда усилитель с коэффициентом усиления напряжения А, без обратной связи охвачен отрицательной обратной связью по напряжению с подачей обратно на вход )У-й части выходного сигнала [рис. 5.22), коэффициент усиления напряжения с обратной связью равен А= [(4.2)[ 1+ рАв Следовательно, при подаче на вход усилителя сигнала а„на выходе появится напряжение 0 1а 1+ВАО а Рис. 5.22.
Усилитель с последовательной обратной свизью по напряжению Сейчас мы получим интересный результат: мы вычислим выходное сопротивление усилителя с обратной связью, взяв отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания. При замыкании выхода накоротко выходное напряжение падает до нуля, в результате сигнал обратной связи также становится равным нулю и усилитель возврашается в режил. 116 Согласование сопротивлений работы без обратной связи. Таким образом, в случае, когда выходное сопротивление основного усилителя без обратной связи л,, выходной ток короткого замыкания оказывается равным Авгм и о Теперь для выходного сопротивления У усилителя с обратной связью справедливо равенство: 2 = "ою Ав"~п го 0+ Фа) Ао"м поэтому о (5.28) 1+ рАо Мы вилим, таким образом, что выходное сопротивление усилителя с обратной связью по напряжению уменьшается в (1 + )УА,) раз, то есть в такое же число раз, во сколько уменьшается коэффициент усиления.
Стабилизируя коэффициент усиления по напряжению, отрицательная обратная связь поддерживает выходное напряжение относительно неизменным, несмотря на изменения тока нагрузки. Следует упомянуть, что в случае отрицательной обратной связи по тону имеет место обратный эффект. Такого рода обратная связь подлерживает неизменным выходной ток, приволя к увеличению выходного сопротивления. 5.16 Отрицательная обратная связь и входное сопротивление При обсуждении действия отрицательной обратной связи на входное сопротивление мы сосредоточим внимание на одном частном случае — на последовательной обратной связи по напряжению.
Такое устройство схематически изображено на рис. 5.22. Здесь основной усилитель имеет входное сопротивление в „и коэффициент усиления напряжения А, . Нужная часть выходного сигнала е, в качестве сигнала обратной связи — р' е.„, последовательно заведена во входную цепь. Таким образом, напряжение сигнала на У равно: гм )угон Значит, для входного тока справедливы равенства: гм — ф'о, ( 1 — рА и г т м м Если теперь 2м — входное сопротивление усилителя с обратной связью, то Мощный выходной каскад на змиттерных повторителях 117 7.
= — ".'" ьм Подставляя значение ~,„, получим: ум (! — РА) РАо поэтому (1 + рАо) к;„= 2,„(1+ рА~) (5.29) Следовательно, в случае последовательной обратной связи по напряжению входное сопротивление усилителя возрастает в (! +,В А,) раз. Здесь уместно упомянуть, что как эмитгерный, так и истоковый повторители можно рассматривать как усилители, у которых весь выходной сигнал подан обратно во входную цепь ( Д = 1), где оказывается включенным последовательно со входным сигналом.
Это рассуждение представляет собой альтернативный подход к вычислению их почти единичных коэффициентов усиления напряжения и их больших по величине входных сопротивлений. Усилители в интегральном исполнении часто применяют в виде потпорителей напряжения .
Как можно судить по названию, повторитель напряжения является просто усложненным вариантом эмиттерного или истокового повторителя. Большой коэффициент усиления таких усилителей без обратной связи обеспечивает при,й= 1 коэффициент усиления напряжения, равный точно единице, во всех практических применениях. Очень большое значение А, позволяет получить большое входное сопротивление и малое выходное сопротивление. Практическая схема повторителя напряжения приводится в параграфе 1! А. Действие параллельной отрицательной обратной связи по напряжению отличается от того, к чему приводит последовательная обратная связь; при параллельной обратной связи входное сопротивление фактически уменьшается.
Это приводит к ценному понятию мнимой земли, о котором пойдет речь с параграфе 11.5. 5.17 Мощный выходной каскад на эмиттерных повторителях 5.17.! 'Ток нагрузки и ток покоя Очень важно осознать, что малое выходное сопротивление не обязательно означает, что та или иная часть схемы может развивать большие токи в низкоомной нагрузке. Например, простая схема эмиттерного повторителя на рис. 5.13 может обес- 1! 3 Согласование сопротивлений печить выходное сопропвление меньше 50 Ом, однако не приходится ожидать, что с ее помошью окажется возможным создавать на нагрузке с таким же сопротивлением сколько-нибудь значительные колебания напряжения. Даже колебания с полным размахом 1 В на сопротивлении 50 Ом требуют создания переменного тока с размахом 1/50 А (20 мА).
Поскольку у нас имеется ток покоя всего лишь в 1 мА, колебания тока в нагрузке безусловно ограничены пределами +1 мА, а максимальное значение для полного размаха тока равно 2 мА. Усилители, специально рассчитанные так, чтобы была возможность возбуждать большие по величине колебания напряжения в низкоомных нагрузках типа громкоговорителей, обычно называют усилителями мошности. Однако это название не должно вводить в заблуждение: оно не означает, что такие усилители принципиально отличаются от уже рассмотренных схем. Усилители мошности — это не что иное, как «слегка специализированные» усилители напряжения, способные развивать большие выходные токи.
Вполне возможно напрямую определять ток покоя в схеме эмиттерного повторителя, необходимый для того, чтобы могли осушествляться колебания выходного тока с большим размахом, Можно все резисторы изменить по величине в одно и то же число раз и, если это необходимо, вместо транзистора типа ВС107 поставить транзистор с большей номинальной мошностью. Однако использование большого тока покоя расточительно с энергетической точки зрения, и эмитгерный повторитель на одном транзисторе — это не самый эффективный способ развивать в нагрузке определенную мошность. 5.172 Двухтактный усилитель: режим В и режим АВ Как мы видели, в эмиттерном повторителе необходимо поддерживать ток покоя, чтобы ток в нагрузке мог меняться как вверх, так и вниз, и можно было передавать без искажений положительный и отрицательный полупериоды переменного сигнала. Рассмотрим теперь схему на рис.
5.23, где имеются два комплементарных транзистора: через п-р-и транзистор проходят положительные полуводны, а через р-и-р транзистор — отрицательные полуволны. Характеристики транзисторной пары ЕТХ450-л.ТХ550 вполне допускают коллекторные токи до 1 А, так что можно, не опасаясь, нагружать их малыми сопротивлениями величиной примерно до 6 Ом. Говорят, что схема такого типа работает в режиме В; каждый транзистор пропускает сигнал только одной полярности и поэтому ток покоя может быть нулевым. Иногда такую конструкцию называют двухтактным выходом (риз)з-ри11), поскольку транзистор Т, «проталкивает снизу» (го риза) отрицательную полуволну, а затем наступает очередь транзистору Т, «протаскивать сверху» (го ри11) положительную полуволну. По определению, схема работает в режиме В, если рабочая точка транзистора выбрана так, что он проводит ток только в пределах половины периода входного сигнала.
Это прямо противоположно режиму А, применяемому в большинстве схем усилителей напряжения, когда ток течет через транзистор в течение всего периода входного сигнала. Третий случай — режим С вЂ” это, по определению, работа транзистора в таких условиях, когда Мощный вьошдной каскад на змиттерных повторителях 119 ов б( — ьв В о( доком»к» ОЬ тр»итисторав (вик са стороии вв(вава») От Рис. 5.23. Простейший эмиттериый повторитель ив комплемеитариой паре тран- зисторов, рвботвюших в режиме В. Транзисторы 2)Ч3053 и 2)Ч4037 — противо- положной полярности 1п-р-л и р-и-р соответственно). 11околсвхв у этих тран- зисторов такая же, ивх у транзистора ВС!07. ои проводит менее, чем в пределах полупериода входного сигнала, ио такой режим применяется только в выходных каскадах радиопередатчиков вместе с узкополосными резонансными цепями.
Мы можем определить козффициеит полезного действия усилительного каскада как долю, которую составляет мошиость переменного сигнала, фактически развиваемая иа нагрузке, к полной мошиости, потребляемой от источника питания. При работе в режиме А к.п.д. ие может превосходить максимально достижимых 50%; можно показать, что в режиме В предельное значение к.п.д. равняется 78%, а в режиме С к.п.д. может достигать !00%. Как можно догадаться, эта схема из-за своей крайней простоты ие пригодиа в тех случаях, когда требуются малые искажения.
Каждому транзистору нужны 0,6 В иа переходе база-эмиттер, чтобы через него пошел заметный ток, так что малые сигналы !с полным размахом меньше 1 В) ие перелаются вовсе. Схема будет работать с большими сигналами, ио при этом будут иметь место искажения типа «ступеньки», показанные иа рис. 5.24. Вблизи точек, в которых колебание пересекает ноль, коэффициент усиления палает до нуля, в результате чего происходит указанный иа рисунке резкий «излом».
При работе в диапазоне звуковых частот искажения такого типа особенно иежелательны, поскольку проявляются тем сильнее, чем меньше уровень сигнала. Хотя простая схема, приведенная иа рис. 5.23, и годится лля некоторых приложений в автоматике, все же оиа нуждается в улучшении, чтобы результаты в диапазоне звуковых частот были приемлемыми. Необходимо приложить к транзисторам какое-то смешение, чтобы переходы база-эмиттер были готовы пропускать малейшие входиые сигналы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
