Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Следует иметь в виду. что в интегральных микросхемах отсутствуют конденсаторы связи, входные и выходные разделительные конденсаторы, так как конденсаторы большой емкости трудно выполнять в интеграль- 154 котором коэффициенты частотных искажений не превышают допустимых значений, т.е. ф =/, -/„— полосой пропугкапия угичителя. Фаз о-частотная характеристика усилителя (см.рис. 3. 28,б) показывает, что в области нижних частот выходное напряжение опережает по фазе входное, а в области верхних частот отстает от него.
В предельных случаях при а-+О и а — +=о угол сдвига фаз стремится соответственно к л/2 и -л/2. Рассмотренные выражения справедливы при неизменных параметрах транзистора. Однако коэффициент передачи тока Ц=/!2! на высоких частотах уменьшается в ~/2 раз на некоторой предельной частоте /,1. Это не сказывается на частотных характеристиках усилителя, если в пределах полосы пропускания значение Л2! остается постоянным, т.е, если предельная частота /„ значительно больше верхней граничной частоты усилителя /; При соизмеримых значениях /з и /,',„на высоких частотах увеличиваются спад коэффициента усиления и угол сдвига фаз между выходным и входным напряжениями (пунктирные кривые на рис. 3.28). Это необходимо учитывать при выборе типа транзистора и определении полосы пропускания.
Приф(</„„„полоса пропускания на высоких частотах ограничена предельной частотой /Ч транзистора и не зависит от параметров элементов усилителя. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя в идеальном случае равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов: ном исполнении, поэтому помимо входных и выходных выводов, выводов ов для подключения источников питания микросхемы снабжают вывоами для подключения конденсаторов связи. Задача 3.16.
Определить коэффициент усиления К0 на средних частотах первого усилительного каскада двухкаскадного усилителя с резистивно.емкостной связью (см.рис.3.25), верхнюю и нижнюю граничные частоты, на которых коэффициент усиления равен К~1/ Г2, если известно, что К =176, Я ы 1 —— 1 кОм, емкость конденсатора связи С,1 =2 мкФ, емкость С =О,О! мкФ, входное сопРотивление втоРого каскада Квх2 — — 320 Ом. 02 Р е ш е н и е. Используя формулы для коэффициента усиления на средних частотах, верхней и нижней граничной частот, получим: К вЂ” живых — с ' вх- — 42 7 К Я 0 > > ~вх Квых! +~вх2 = 65,6 кГц; ~'„= = 60 Гц.
вых1 вх2 2Я СС1~Рвых1+1~вх2) 02 Квых!+Квх2 Задача 3.17*. Как изменятся верхняя и нижняя граничные частоты первого усилительного каскада усилителя, рассмотренного в задаче 3.16, если: а) емкость С,1 уменьшить в 4 раза; б) С,1 увеличить в 2 раза; в) емкость С02 увеличить в 4 раза; г) С02 уменьшить в 2 раза? Ответы приведены в таблице Задача 3.18. Определить коэффициент частотных искажений М„, если на нижней граничной частоте коэффициент усиления составляет 25, а на средней частоте — 30. Ответ.
М„=1,2. Задача 3.19. Определить коэффициент усиления усилителя К0 на сред"их частотах, если на высшей частоте полосы пропускания коэффициент усиления К = 40, а коэффициент частотных искажений М„= 1,1 Ответ. К0= 44. Задача 3.20. Определить частоту, на которой коэффициент усиле"ня будет иметь максимальное значение, если известно, что постоян- "аЯ вРемени в области веРхних частот тв = 0,3 мкс, а в области ни~них частот т„= 6 мс.
155 Р е ш е н и е. Значение средней частоты, на которой коэффициент усиления максимален, определяем с помошью формулы (3.39) — =3,75 к~ ц. 3.9. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ Обратной связью в усилителях называют подачу части (или всего) выходного сигнала усилителя на е~о вход. На рис. 3.29 изображена структурная схема усилителя с обратной связью. Обратные связи в усилителях обычно создают специально Однако они иногда возникают самопроизвольно.
Самопроизвольные обратные связи называют паразитными. Если при наличии обратной связи входное напряжение и~, складывается с напряжением обратной связи и0,„в результате чего на усилитель передается увеличенное напряжение и~, то такую обратную связь называют положительной. Если после введения обратной связи напряжение и~ на входе и и„,„ на выходе усилителя уменьшаются, что вызывается вычитанием напряжения обратной связи из входного напряжения и,„, то такую обратную связь называют отрицатель "ой.
Все обратные связи делятся на обратные связи по напряжению и по току. В обратной связи по напряжению и, = р и„„, где р— коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи. В обратной связи по току и0, = Я„~„„, где А~, — взаимное сопротивление выходной цепи и цепи обратной связи. Кроме того, все обратные связи по виду входных цепей усилителей подразделяют на последовательные, при которых цепи обратной связи включают последовательно с входными цепями усилителя, и параллельные, когда цепь обратной связи включают параллельно входным цепям усилителя. Рнс 3 29 Схема усилителя с обрат- НОЙ СВЯЗЫО !56 (3.42) ц! ~вк ~~о с С учетом равенства и~,=~ и„ы„выражение (3.42) можно переписать в виде (3.43) ~вк ~о с ~! ~ ~вык ~! =Й + Очевидно, для усилителя без обратной связи и к =и~, поэтому коэффициент усиления усилителя без обратной связи (3.44) с'вык '% Учитывая (3.44), запишем выражение для коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью: Ьвык (/вык (3.45) ос (-''вк ('! +1 (''вык Разделив в последнем выражении числитель и знаменатель на ~1~, получим Ко с (3 46) 1+рК Из этой формулы следует, что введение отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления усилителя в (1+р К) раз.
Аналогично можно показать, что коэффициент усиления усилителя с положительной обратной связью Ко с (3.47) ! — ДК Как видно из выражения (3.47), введение положительной обратной связи повышает коэффициент усиления усилителя. Однако положительная обратная связь в электронных усилителях практически не применяется, так как при этом, как будет показано далее, стабильность коэффициента усиления значительно ухудшается Несмотря на снижение коэффициента усиления, отрицательную обРатную связь в усилителях применяют очень часто. В результате введения отрицательной обратной связи существенно улучшаются свойства усилителя.
а) повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при изменениях параметров транзисторов; 157 Рассмотрим влияние отрицательной обратной связи по напряжению на коэффициент усиления усилителя. При отрицательной последовательной обратной связи по напряжению для входной цепи усилителя (см.рис.3.29) можно составить уравнение б) снижается уровень нелинейных искажений; в) увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивлени„ усилителя; г) расширяется полоса пропускания усилителя. Для оценки стабильности коэффициента усиления усилителя с об. ратной связью следует определить его относительное изменение бК = ЬКос ос Приращение ЛК„для усилителя с отрицательной обратной связью ( К ) ЛК.,= '!Ко сЛК= ЛК (3.48) ИК с!К (1+!3К)2 Относительное изменение коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью ЛК ЬК (3.49) ос Кос !+~ К Отсюда видно, что всякое изменение коэффициента усиления ослабляется действием отрицательной обратной связи в ( 1+!3К) раз.
Отрицательная обратная связь ослабляет влияние всех изменений коэффициента усиления К, в том числе связанных с неравномерностью частотной характеристики. Поэтому в таком усилителе с обратной связью расширяется полоса пропускания как в сторону низких, так и в сторону высоких частот, уменьшаются частотные искажения. Если значение рК много больше единицы, что представляет собой глубокую отрицательную обратную связь, то ~ос К ! 1+13К 13 (3.50) ЛК бко с= 1 — !3 К (3.51) 158 Это выражение свидетельствует о том, что при глубокой отрицательной обратной связи коэффициент усиления усилителя Х , не зависит от коэффициента усиления К, т.е.
не зависит от причин, вызывающих изменение коэффициента усиления. Аналогично можно показать, что в случае положительной обратной связи стабильность коэффициента усиления ухудшается: (3 52) где А,„„— входное сопротивление усилителя с обратной связью; Л,„— входное сопротивление усилителя без обратной связи; ~,„— входной ток усилителя. Таким образом, входное сопротивление усилителя за счет введения отрицательной обратной связи увеличивается в ( 1+ р К) раз. вхо с вх (3.53) Нетрудно получить выражение для выходного сопротивления усилителя с отрицательной обратной связью по напряжению д живых 1~ 3К (3 54) нз которого видно, что введение отрицательной обратной связи уменьшает выходное сопротивление усилителя в ( 1+~)К ) раз На рис З.ЗО показана схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по току Как видно, и„.= Л, „~,ы„Такая обратная связь возникает только при наличии выходного тока, т.е.
при работе усилителя на нагрузочное устройство. 159 Отрицательная обратная связь уменьшает возникающие в усилителе нелинейные искажения. Это можно объяснить следующим образом В усилителе без обратной связи при большом входном напряжении за счет нелинейных искажений в выходном напряжении помимо основной гармоники появляются высшие гармонические составляющие, наличие которых искажает форму выходного напряжения, При введении отрицательной обратной связи высшие гармонические составляющие через звено обратной связи подаются на вход усилителя и усиленными появляются на его выходе Усиленные высшие гармоники вычитаются из выходного напряжения усилителя, так как благодаря действию отрицательной обратной связи они будут поступать в противофазе с высшими гармоническими составляющими, появляющимися вследствие нелинейных искажений усилителя Таким образом, содержание гармоник при том же значении выходного напряжения уменьшится, а следовательно, искажения усиливаемого напряжения в усилителе с отрицательной обратной связью будник меньше Введение последовательной обратной связи по напряжению увеличивает входное сопротивление.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
