Усилительные каскады с различными видами обратной связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Усилительные каскады с последовательной ООС по току

Простейшими схемами усилителей с обратной связью являются усилители с общим истоком (рис.1.1,а) и с общим эмиттером (рис.1.1,б), в которых отсутствуют шунтирующие емкости в цепи истока и эмиттера.

Рис.1.1. Усилительные каскады с последовательной ООС по току

В этих схемах возникает последовательная отрицательная обратная связь по току. Переменная составляющая выходного тока протекает соответственно по сопротивлениям R_и и R_э. Следовательно, на этих резисторах происходит падение напряжения , которое подается во входную цепь последовательно и в противофазе с входным сигналом. Коэффициент передачи цепи обратной связи для этого каскада (рис.14.1,а) можно определить следующим образом:

(14.1)

Подставив (14.1) в выражение (13.5), получим;

(14.2)

Здесь уместно напомнить, что эмиттерная стабилизация - это и есть последовательная отрицательная обратная связь по постоянному току.

2. Влияние элементов автоматического смещения и эммитерной стабилизации на АЧХ

Рассмотрим влияние элементов автоматического смещения R_иС_и и эммитерной стабилизации на частотную характеристику. При анализе частотных характеристик по эквивалентной схеме усилителя этими элементами пренебрегли, считая, что наличие шунтирующих емкостей позволяет накоротко замкнуть эти цепи. На средних и высоких частотах данное условие действительно выполняется, поэтому эти цепи не оказывают своего влияния. На низких частотах емкостные сопротивления С_и и С_э возрастают, следовательно, в цепях R_иС_и и происходит падение напряжения по переменной составляющей. Таким образом, в усилителях возникает отрицательная обратная связь в области низких частот и за счет этого происходит дополнительный спад частотной характеристики, рис.1.2.

Рис.1.2. Влияние шунтирующей емкости на АЧХ

Количественно это можно оценить следующими выражениями:

(14.3)

(14.4)

Проанализировав выражение (14.4), убедимся, что при

Для импульсных усилителей рассматриваемые цепи создают дополнительный спад плоской вершины импульса, рис.1.3.

Рис.1.3. Влияние шунтирующей емкости на переходную характеристику

3. Усилительный каскад с паралелльной ООС по напряжению

Рассмотрим принципиальную схему усилительного каскада, в которой делитель напряжения для подачи смещения R1R2 подключен к коллектору, рис. 1.4. усилительный каскад эмиттер ток

Рис.1.4. Усилительный каскад с параллельной ООС по напряжению

В этом случае на делитель напряжения с коллектора поступают как постоянная составляющая U_к0, так и переменая U_вых. Следовательно, в каскаде возникает ООС как по постоянной, так и переменной составляющим. ООС по постоянной составляющей обеспечивает коллекторную стабилизацию рабочей точки. Рассмотрим ООС по переменной составляющей. Часть выходного напряжения, которое падает на

R2 U_ос=U_вых R2/(R1+R2)

параллельно с входным сигналом поступает на входные клеммы. Коэффициент передачи цепи обратной связи определяется коэффициентом передачи делителя напряжения

Я= R2/(R1+R2)

Зная коээфициент пердачи цепи обратной связи, можно определить все показатели данного каскада.

4. Усилитель с глубокой обратной связью

Принципиальная схема двухкаскадного усилителя, где оба каскада охвачены последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, приведена на рис.1.5.

Рис.1.5. Усилитель с глубокой ООС

Часть выходного напряжения посредством делителя напряжения и подается во входную цепь первого каскада последовательно и в противофазе с входным сигналом

U_ос=U_вых(R_э1/ R_э1+R_ос).

Коэффициент передачи цепи обратной связи

Кроме этой глубокой обратной связи, охватывающей два каскада усилителя, в схеме имеются местные обратные связи: первый каскад охвачен последовательной отрицательной обратной связью по току, а во втором каскаде имеет место параллельная отрицательная обратная связь по напряжению как по переменной, так и по постоянной составляющим.

5. Истоковые и эмиттерные повторители

Широкое применение находят усилители, выполненные по схеме с общим стоком и с общим коллектором, называемые соответственно истоковым (1.6,а) и эмиттерным (рис.1.6,б) повторителями.

Рис.1.6. Истоковый и эмиттерный повторители

В этих схемах сток и коллектор транзисторов соединяются непосредственно с источником питания и по переменной составляющей заземляются через малое внутреннее сопротивление источника питания и через блокирующую емкость . Нагрузочное сопротивление включается в цепь истока или эмиттера. На этих же сопротивлениях создаются необходимые напряжения для подачи смещения и для эмиттерной стабилизации рабочей точки.

Особенности данных схем определяются тем, что выходное напряжение снимается с и полностью подается во входную цепь , т.е. в этих схемах имеет место последовательная отрицательная обратная связь по напряжению с коэффициентом передачи . Как было рассмотрено выше, такая обратная связь повышает входное сопротивление и полосу пропускания, уменьшает выходное сопротивление и коэффициент усиления. Последний параметр можно определить из выражения (14.2):

(14.5)

Из выражения (14.5) видно, что коэффициент усиления по напряжению истоковых и эмиттерных повторителей чуть меньше единицы. Но эти схемы дают большое усиление по току, и, следовательно, по мощности. Поэтому являются усилительными каскадами.

Вторая отличительная особенность этих схем состоит в том, что выходное напряжение, снимаемое с , совпадает по фазе с входным напряжением, тогда как в усилителях с общим истоком и эмиттером они противофазны. Истоковые и эмиттерные повторители повторяют входное напряжение как по амплитуде, так и по фазе. Этим объясняется их название.

С учетом вышесказанного истоковые и эмиттерные повторители обладают следующими свойствами: большое входное сопротивление, малое выходное сопротивление, широкая полоса пропускания, коэффициент усиления по напряжению равен единице.

Истоковые и эмиттерные повторители применяют в качестве входных каскадов, когда требуется большое ; в качестве выходных каскадов, когда требуется малое ; в качестве широкополосных усилителей, в которых реализуется третье свойство этих схем - широкая полоса пропускания.

В эмиттерных повторителях входная цепь шунтируется небольшим сопротивлением, равным

.

Поэтому в схеме, приведенной на рис.1.6,б, невозможно получить большое входное сопротивление. Во входных каскадах, в которых требуется большое входное сопротивление, используется способ подачи смещения фиксированным током базы или применяются специальные схемы эмиттерных повторителей с большими входными сопротивлениями, рис.1.7.

Рис.1.7. Эмиттерный повторитель с большим R_вх

В этой схеме напряжение смещения от делителя R1R2 подается через дополнительное сопротивление R_д. В эту же точку через разделительный конденсатор С1 подается , в связи с этим входная цепь шунтируется не сопротивлением

,

а сопротивлением

,

поэтому входное сопротивление определяется выражением:

(14.6)

Размещено на Allbest.ru