А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Р (4' В области высоких частот уменьшение коэффициента усиления с ростом частоты могут определить конденсаторы С, и С„. Однако, как правило, выполняется неравен- ство Глава 6. Усилители электрических и оптических сигналов 144 на которой коэффициент усиления данного управляемого активного элемента за счет наличия реактивного параметра С, становится равным единице. 6.3. Особенности усилительных схем на биполярных транзисторах Усилительные схемы на биполярных транзисторах обладают особенностями, связанными, в первую очередь, с низким входным сопротивлением.
Прн каскадном включении таких устройств с целью получения болвшого коэорорицнента усиления по напряжению возникают проблемы их согласования. Для удобства анализа усилительных схем на биполярных транзисторах удобно представить управляемый элемент — транзистор— эквивалентным генератором тока, величина которого описывается соотношением К,(г,„ Тэкв = Кэ2вк = = Вэкв(твкв Я (6.27) где 5, = К,/Я,„. Тем самым различия между тремя возможными схемами включения транзистора в усилителе (с обшей базой, с общим змитгером и с обшим коллектором) проявятся в различии коэффициента усиления по току К;, входного сопротивления В и выходного Я, Из рассмотрения усилительных свойств транзистора при различных способах включения на основе низкочастотной эквивалентной схемы (84.4) следует,что для схемы с общей базой К =. =ао о, Я = тэ + то(1 ао) — тэв Явок — т„~! В„, 5,», = —; (6.28) оэ для схемы с общим змиттером ок ао т, К;= — =)У=, Я =то+ оо 1 ао 1 ао оэ ао ао Аэкв = — ', оэ В, т„* 'х' Я„, (6.29) для схемы с обшим коллектором 1 т,+Яэ т,+Я 1 К;= —,"=, Я =т,+ ', В,„„" т„Я = .
(6.30) о, 1 — а,' 1 — аО 1 — аО' "" *' т,+Я, Тогда анализ усилительных свойств всех трех схем в принципе позволяет вести одна эквивалентная схема рис. 6.7,6, учитывающая специфику биполярных транзисторов: относительно малое входное сопротивление, зависимость представления эквивалентного сопротивления транзистора от схемы его включения. Оценка и сравнение численных значений приведенных выше величин показывает, что предельная усилительная способность схемы с обшей базой без принятия специальных мер по согласованию высокого выходного и малого входного сопротивлений может быть реализована только в одиночной усилительной ступени, В схеме с общим эмитгером эта проблема практически не возникает. Схема с общим коллектором обладает наибольшим входым и наименьшим выходным сопротивле ми, т.
е. фактически служит усилителем мощности или трансформатором сопрот ений. Полученный результат имеет принципиальное значение. Величина ~К(у)(~ носит название козврфилиенпш широкололосности и позволяет найти граничную частоту У~, = В/2яСо, (6.26) 6.4. Об етные связи в усилителях 145 6.4. Обратные связи в усилителях Йх гу =и, р в) 1 ггос =ггвмх г) ггос=у,„„г„ гт„-т, г„ Рис. 6.8. Блок-схемы усилителей, охваченных обратной связью: а) последова- тельной по напряжению; б) параллельной по напряжению; в) последовательной по току; г) параллельной по току Наиболее часто применяют два вида ОС; по напряжению и по току.
В первом случае сигнал ОС пропорционален выходному напряжению на нагрузке усилителя, во втором — выходному току, протекающему в цепи нагрузки. При этом различают последовательную и параллельную ОС. На рис. 6.8,а — г представлены блок-схемы усилителей напряжения для основных случаев ОС: а) последовательная ОС по напряжению; б) параллельная ОС по напряжению; в) последовательная ОС по току; г) параллельная ОС по току. Здесь Д~с — коэффициент передачи цепи ОС, ߄— сопротивление связи. Возможен и случай смешанной ОС вЂ” по току и напряжению.
~ При последовательной ОС на входных клеммах усилителя 1 — 1' суммируются напряжения усилителя У и Уос, при параллельной ОС вЂ” токи Х„и 1ос. Использование ОС существенным образом изменяет характеристики усилителя. Для примера рассмотрим влияние введения последовательной ОС по напряжению на результирующий коэффициент усиления Кд. 1-- Пусть усилитель, исходно (без обратной связи) обладающий коэффициентом усиления К„охвачен цепью последовательной ОС с коэффициентом передачи Д,с. В этом случае его эквивалентную схему можно представить в виде рис. б.9. Здесь Я и У,„„— входное и выходное сопротивления усилителя без ОС.
При конструировании усилителей электрических сигналов широко используют обратные связи (ОС), позволяющие реализовать необходимые свойства усилительных схем. 10братной связью называют передачу части энергии сигнала с выхода усилителя на его вход. 14б Глава б. Усилители але ических и оптических сигналов л„б) Рис.
6.9. Эквивалентная схема усилителя, охваченного последовательной обратной связью по напряжению (а), и ее упрощенное представление (б) Между входными клеммами 1 — 1' действует сумма напряжений (Г' = (1 +(Гсс = (Г +))сс(Г, Следовательно, = (Г„'Кв = ((Г„+ ))ос(Г„)Км (6.31) (6.32) !(г'! =!у ! — 1йЫ. (6.34) Тогда А! !Кв~ = 1+ У~~К.! Очевидно, что введение отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления, стабилизируя его. Действительно„при ~КД~~ >> 1 1 А1-- = (6.36) Рос В этом случае коэффициент усиления схемы практически не зависит от свойств усилителя, а определяется параметрами цепи ОС, элементы которой' могут быть выбраны Кя — — — '"" = (6.33) (Гвх 1 — босКо Из (6.33) следует, что Кв зависит от характеристики цепи ОС, При этом возможны два случая: !Кв~ < ~Кя/ и !Кв~ > ~К4.
В первом случае вводимую ОС называют й Р— ля~ Й. В у ЙОс ую, к,я 1. к .т ь ю, у~ 6тд и становится генератором электрических колебаний. Легко видеть, что отрицательная ОС возникает, когда напряжение (Гсс уменьшает величину сигнала (Г, т. е. реализация отрицательной или положительной ОС существенным образом зависит от разности фаз между (Г и Ц~. В случае отрицательной ОС для гармонических сигналов разность фаз равна (2п + 1)я, где п = 1, 2, ..., что соответствует противофазности (Г и (Гос или вычитанию сигнала ОС из входного сигнала.
В случае положительной ОС разность фаз равна 2пя, и = О, 1, 2, ..., и сигналы (Г и (Гос складываются синфазно.) Так как сдвиг фаз, вносимый усилителем и цепью ОС зависит.ат чвстшы д~щ одной и той же усилительной схемы в одном частотном интервале ОС может быть отрицательной, в другом — положительной. Рассмотрим случай отрицательной ОС (ООС), когда в полосе частот, представляющих интерес, 6.4.
Обратные связи в силителях 147 стабильными. Из (6.35) следует, например, что при Яос~ = О,1 изменение )КО~ от 10' до 1О' меняет коэффициент усиления схемы с ОС всего на 1%. Указанное свойство усилителей с ООС позволяет уменьшить неравномерность их амплитудно-частотной характеристики и нелинеййые искажения выходного сигнала, вызванные нелинейностью характеристик активных элементов.
Отрицательную ОС широко применяют при построении разнообразных усилительных схем и активных фильтров. Последовательная ООС по напряжению увеличивает входное и уменьшает выходное сопротивления усилителя. Для доказательства этого утверждения свяжем величину У и У„„усилителя с последовательной ООС по напряжению с параметрами усилителя с разомкнутой цепью ОС и параметрами цепи ОС. По определению, величина входного сопротивления (к' Я квх (6.37) (6.38) где Я„, — входное сопротивление усилителя без ОС, гхк' = кхк — ххкОС, (7ос —— АкКО0;,.
(6.39) (6.40) Из (6.37) следует, что г„= У (1+РосКО), (6.41) т. е. входное сопротивление усилителя с последовательной ООС по напряжению в Д>ОКО раз больше входного сопротивления того же усилителя без ОС. Такое свойство усилителей с последовательной ООС по напряжению используется для построения усилительных схем с большим входным сопротивлением, необходимым для согласования входа усилителя с источником сигнала, имеющим большое внутреннее сопротивление.
Определим влияние последовательной ООС по напряжению на выходное сопротивление. Наличие конечного значения выходного сопротивления У уменьшает напряжение сигнала на выходных клеммах усилителя при подключении к ним внешней нагрузки У„. В соответствии с эквивалентной схемой рис. 6.8, а выходной ток усилителя КО ~вх Увыхв + У„ Поскольку х-Гвх = (хвх (7ос = кквх кк3оЛввкх (6.43) 'вых Кх вкхв (6.44) выражение (6.42) можно привести к виду КО~хи У,„„+(1+КОД )г„' (6.45) Пренебрегая сопротивлением цепи ОС со стороны ее выхода 2, 2' (рис.
6.9) по срав! нению с У, обозначим (7к 1 г Глава 6. Усилители але ических и оптических сигналов 148 Разделив числитель и знаменатель этого выражения на (1+ Ко))ос), получим Ко 1+ КОФос Кв(7- вмк— ! В,„В г „+г„ + н 1+ Ко))ос (6.46) где Кд Кд —— 1+ Ко,бос г„ г,„„= 1+КОА ' (6.47) Выражение (6.46) соответствует представлению усилителя с ОС в виде более простой эквивалентной схемы (рис. 6.9,б) с параметрами Кв и К „, характеризующими схему усилителя с последовательной ООС по напряжению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
