Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 12
Текст из файла (страница 12)
При Вгх»1 Кн ж К, Ка/(В, В, В) + Коан. (3.70) В пределах полосы пропускания коэффициент Коещ мал, и формула (3.70) упрощается: К =К К,/В,В,В (3.71) От коэффициентов К~ и Ка зависит прямая передача сигнала, которая должна происходить с минимальными потерями. Коэффициенты В1 и Ва характеризуют связь между цепями прямой передачи и цепью ОС, чем больше они, тем заметнее проявляется эта взаимосвязь и тем большая мощность сигнала теряется во входной и выходной цепях устройства. Поэтому целесообразно выбирать по возможности меньшие Вг и Вт, учитывая, что В~1, а глубина ОС должна быть достаточно большой, чтобы снизить степень нелинейных искажений, достичь постоянства коэффициента усиления и сопротивлений входа Рахн и выхода /7а Устройство с комбинированной ОС мостового типа (рис. 3.17) содержит инвертирующий усилитель, характеризуемый тремя паа.
Р Рис Л.!7. Энвивалеитиая схема усилителя с комбинированной ОС мостового тина раметрамн: проводимостью прямой передачи Уаг=/а/Уа при 2',=О, входной н выходной проводимостями уп и уаэ которые при наличии внешних элементов связи и питания входят в состав двухполюсников Е'и~ и Лаиб при отсутствии таких элементов 2'нг = 1/Уг~ и Г'и~=1/Уаа. Мостовая схема цепи ОС позволяет исключить зависимость входного и выходного сопротивлений Л,„н и Ла «н от параметров усилителя и цепи ОС (в частности, от возвратного отношения). Эта способность мостовой схемы реализуется, если изменения сопротивлений источника сигнала 3, и нагрузки Еа не влияют на возвратное отношение.
Коэффициент петлевого усиления К. в данном случае равен "Роизведению следующих величин: В~ = Уа/Уа, К= Уа/Уа, Ва= Уа/Уь В Ув/Уа Согласно (3.9) Т вЂ” К., поэтому а1 7'= — В,К В,В. (3.72) Независимость Т от Х, и Хг достигается, если каждый множитель равенства (3.72) инвариантен к Х» Х,, а для этого достаточно, чтобы (Вг)г,=о = (Вг)г,= (3.73) (В )г,=о = (Вг)г,— (3.74) так как В можно практически считать не зависящим от Х» Хг, Из схемы на рис. 3.17 видно, что отношение ((г к Уо (при Е,=О) (В,)г,= =Х' ()Х' ((Х' ПХ' +Х' ПХ' ); (3.76) (Вг)г,= = Х'в4Х'в1+ Х'вг) (3.76) Приравнивая правые части двух последних равенств, устанавливаем, что независимость В, от Х~ достигается при соблюдении баланса моста Х'в,/Х'вг =- Х'вг/Х'во (3.77) (3.79) Х" в1(Хввг = Х" вг/Х"в4 В общем случае КВг при любом Хг проще определять по выражению (3.78).
Все величины, от которых зависит возвратное отношение, оказались найденными. Сквозной коэффициент усиления напряжения Вг Квх ККг Квх ККх — Е, Р '1+Т где при соблюдении условий (3.77) и (3,79) ггв гв1гво К, — —— — Ег Я'вг+г'з~) г»з4+(гв~+гвг) ~~ 1вгг в~о во~в ККг— ( В!+ вг) В4+( вг+ В)5 вз (3.81) (3.82) при котором Вг для любого значения Х, удобнее находить по (3.76) .
При Хо=О, как видно из рис. 3.17, КВг= Ц~И~ = — Ум Хвв Х"вгу(Хвз~+Хввг), (3.78) а прн Хо=со КВ, = — У Хвв~ (Х"во+ Хввг)4Хвз~+ Х"вг+ Х"вг+ Хввг) Равенство (КВг)г, =о= (КВг)г, = имеет место при балансе моста, т, е. когда Остается определить входное и выходное сопротивления усилителя с рассматриваемой ОС. Обратимся к формуле (3.55), имея в виду, что со стороны входа — при отсутствии ОС с учетом (3.77) Х„= Х'нз (Х'вт + Х'вд/(Х в 4+ Х'вз) (3.83) При коротком замыкании на входе (т. е. при Х,=О и Е,=О) и при обрыве цепи, расположенной слева (т. е. при Х~=оо) глубина ОС остается одной и той же: Ргх=Ег«, и, следовательно, Х и = Х'эз (Х'н1+ Х'вй)/(Х'вг + Х'вз) ° (3.84) Сказанное относительно входного сопротивления устройства можно распространить и на выходное сопротивление: Х = Х"в~(Хан~+Хм~)/(Хаю+ Х" ).
(3.85) Для повышения устойчивости при очень большой глубине ОС реактивные элементы, вносящие значительные фазовые сдвиги в области верхних частот, обычно шунтируются конденсаторами высокочастотного обхода [4, 5] С,ь С,й и С,з емкостью порядка единиц и десятков пикофарад. В устройстве с двумя трехобмоточными трансформаторами и также с инвертирующим усилителем (рис. 3.18) трансформаторы Рис. 3.18. Эиннаалентиан схема устройства с номбннироаанной 00 трансформаторного типа Знак обозначает савваденне повврнастсй мгновенных зна. «еннй версменных наврвженнй Т1 и Т, выполняют функции прямой передачи сигнала и через блок В обратной.
Двухполюсники Х'нй и Х"нй являются элементами ОС, последовательной и по току. Цепь ОС, параллельной и по напряжению, представлена обмотками трансформаторов Т, и Т,, число витков которых в и', т' и и", тн раз больше числа витков соответственно первичной у Т, и вторичной у Т, обмоток. Для устройства, выполненного по схеме на рис.
3.!8, справедливы выражения (3.72) — (3.74), (3.78) и (3.80), так же как и соотношения (3.77) и (3.79) с заменой в них Х'нз/Х'не и Х"из/Хннс соответственно на и'/т' и пм/ггт". При соблюдении условий Х'нг/Х'нй=п'/т' и ХннЛннй=пи/итм имеют силу следуюшие равенства; 63 и, );, г",г" — и, г"„,+г" л (г,+г,) и, В1== =1; иа и. — Ет ~вк— г,(л+ ) +г„+г, р'м г"щ га(л'+ зл') КК, и, г", + г", + г, (л" + щ")е г г'в1+ г'вз 2 г"т+ г"в — (л'+ лз')а ' -'и* (л" + лз")а Глава 4 РАБОТА УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В КАСКАДЕ.
ПЕПИ ПИТАНИЯ И СВЯЗИ 4Л. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА И ИХ СВОИСТВА б) б) Рис. 4.А Смемм включення транзистора с общим змнт тером (а), с общей базой (б), с общим коллекто ром (в) к одному из входных зажимов, а коллектор к одному из выходных (рис. 4.1). Сравним этн способы включения транзистора с точки зрения следующих свойств усилительных каскадов: инвертирование или иеинвертирование сигнала; коэффициенты усиления; входное и выходное сопротивления; 64 Если усилитель представлен одним усилительным элементом, например транзистором, то его, как отмечалось, удобно изобразить в виде четырехполюсника. А так как транзистор имеет только три вывода, то один из ннх оказывается общим для входа и выхода. Таким образом, общей точкой может являться один нз электродов: эмиттер, база, коллектор, и число возможных способов «вписывания» транзистора в рамки четырехполюсника равно шести.
Однако только при трех из них транзистор обладает способностью усиливать мощность сигнала — когда база присоединена сии кдсклд с овшнм эмитт игом Если на базу п — р — л-транзистора подаетс жение ива с положительной полярностью (рис пряжение на базе увеличивается, в результате токи (рис. 4.3, а). Если под действием напряжения сигнала ток, например, коллектора увеличивается, то его постоянная лсоставляющая Ук складывается с переменной 1„, совпадающей по направ- 1 лению с 1к. У каскада с р — и — ртранзистором (рнс. 4.2,б) л.
за счет входного напряжения положительной полярности полное напряжение на базе ива становится менее отрицательным, т. е. уменьшается по абсолютному значению, что сопровождается уменьшением всех токов, как показано на рис. 4.3,б, где положительная полу- волна напряжения ыо. вычитается из напряжежения смешения ()вэ и располагается слева от вертикали, проходящей через точку покоя А. Уменьшение прн этом коллекторного тока объясняется тем, что постоянный ток складывается с переменным 1., который в рассматривае- я мгновенное напря- . 4.2,а), полное начего возрастают все от зат Г а) сае + + Гтх Н Рис. 42. Схемы каскадов с 03 на транзисторах л — и — л-структуры (а) и р — и — р-структур з (б) частота, отсчитываемая на уровне уменьшившегося в два раза коэффициента усиления; нелинейные искажения и их зависимость от сопротивления источника сигнала, Рис.
43. Временные диаграммы коллекторного тока транзисторов л — р — л-структуры (а) и р — л — р-структуры (б) в каскаде с ОЭ з-( мый момент времени направлен навстречу постоянному току, Зависимость токов зв и зэ от ивэ качественно носит такой же хаРактеР, что и гк=/(ивэ ), поэтомУ сказанное можно РаспРостРанить на токи других электродов, Направление переменной составляющей 1, обуславливает мгновенную полярность выходного напряжения и„„противоположную полярности входного напряжения иб„т. е.,каскад с ОЭ является инвертирующим. Прн усилении импульсного сигнала, проходящего через каскад с ОЭ, его полярность меняется на противоположную. Свойства транзистора таковы, что,коэффициент усиления каскада К=(/хэ /(/бэт, зависящий от Рэ, может быть получен больше единицы, Так, при Р„- оо К-«~/221»~, причем параметр /г21»= =ди„,/диб, может составлять тысячи.
Однако при Рэ — «О К-«О. Таким образом, у каскада с ОЭ 0(К((/гз„(, В используемых рабочих режимах коэффициент усиления рассматриваемого каскада составляет от нескольких единиц до неокольких десятков, Коэффициент усиления тока К1 /и т//б т (4.1) оказывается наибольшим при Р„=О, достигая значения (4.2) Кг тэх /газ» которое при малых значениях частоты (/.
0) доходит до нескольких сотен. Таким образом,,каскад с ОЭ обладает способностью одновременно усиливать и напряжение, и ток. При этом коэффициент усиления ыозпгности Кр=КК1 можно получить порядка тысяч и даже десятков тысяч (последнее в режиме согласования, когда Кз (Р,) максимально). Входное сопротивление каскада с ОЭ в области малых /- 0 частот (4.3) Рзх (/бэ т//б т йм э 1/у11 э слабо зависящее от Р„, у маломощных транзисторов обычно колеблется от 300 до 3000 Ом, а у мощных бывает и меньше 1О Ом. Выходное сопротивление 'г!3 каскада с ОЭ в известной ггз степени является функцией Ю~гггз сопротивления источника 1 сигнала: так, при Р„=О опо равно 1/узза, а при 1 Рт — «оо Рэых-э 1/)122»(1/922» 1 (если уг2.=0, то йгз»=0 н 1 Г г»11 922»=622»).
У маломощных транзиРис. »гХ Зависимость от часто™ коэффи стпрпв онО равнО нескольциента усиленна тока транзистора в кас- Л О каке с ОЭ При повышении частоты усилительные свойства транзистора, зависящие не только от его параметров, но и от сопротивлений 1(э„ и )7„, УхУдшаютсЯ. Полоса пропускания ограничена инерционными процессами, происходящими в транзисторе. С повышением частоты коэффициент усиления тока ймэ(() уменьшается, что особенно заметно при ()(лм (рис. 4.4), где Глм — предельная частота коэффициента передачи токо биполярного транзистора.
При 1=1лм этот параметр в Р2 Раз меньше номинального значениЯ Йм„опРеделЯемого пРи О. На любой частоте й„,(1)) = йм,Г(1+1Ш„,) (4.4) или аэа (1) йаэа6 1 + (111лаэ) ° (4.5) Из (4.5) видно, что на частоте 1»1лм Й „(1) ~ Й м, Ьл а,/1, (4.6) т е. параметр ймэ(1) становится обратно пропорциональным частоте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
