► Усилителем называется устройство, сигнал на выходе которого имеет бо́льшую мощность, чем сигнал на входе, за счёт источника питания. Выходной сигнал определяется входным.
ИС — источник сигнала (в простейшем случае — микрофон), ИП — источник питания, ► — усилитель, Н — нагрузка (например, акустическая система).
Коэффициенты усиления в децибелах:
КU,IдБ = 20lg К, KP,дБ = 20lg K,
Децибелы удобны тем, что там, где безразмерные коэффициенты нужно перемножать, децибелы складывают. Кроме того, человек воспринимает любые ощущения не прямо пропорционально, а в логарифмической зависимости.
Обратная связь
► Обратной связью называется цепь, по которой часть сигналов с выхода возвращается на вход.
У нас был усилитель с коэффициентом усиления К. Мы взяли часть его выходного сигнала и через некую цепь Β передали обратно на вход. Для того чтобы собрать всё вместе, используем сумматор
Такая обратная связь в усилителях используют крайне редко, потому что это положительная обратная связь (ПОС). Из-за неё может произойти следующее: сигнал на выходе при постоянном сигнале на входе будет постоянно возрастать, и любой нормальный усилитель доходит до напряжения питания и больше не работает. Такая схема используется в генераторах.
|
|
Поэтому чаще у сумматора «закрашивают нижний сегмент».
Тогда обратная связь становится отрицательной обратной связью (ООС), которая повсеместно используется в усилителях.
— коэффициент усиления К-канала.
— коэффициент передачи обратной связи.
Коэффициент обратной связи:
Формально b=1, если всё идёт обратно. Если К→∞, то Кос→ 1.
Отрицательная обратная связь уменьшает линейные и нелинейные искажения. Линейные — частотные искажения (не все частоты усиливаются одинаково).
Четыре типа ООС
— последовательная ОС по току. Две цепи — входное сопротивление Rвх↑. Выходное сопротивление Rвых↑. На входное влияет хорошо, на выходное плохо.
Рассмотрим схемы, в которых трудно изменить ОС в сторону ↓ Rвых.
— параллельная ОС по току.Rвх↓, Rвых↑. Неудачная ОС с точки зрения сопротивлений.
— параллельная ОС по напряжению. Rвх↓, Rвых↓. Не самая плохая.
— последовательная по напряжению. Rвх↑, Rвых↓. Самая полезная. Если при токе отключить Rн, то ОС нет.
Лекция 6
Схема включения с ОЭ
С1 – разделительный конденсатор. Отделяет источник сигнала от каскада по постоянному току.
С2 — разделительный конденсатор. Отделяет нагрузку от каскада по постоянному току.
Rб1, Rб2 — базовый делитель. Создаёт режим работы по постоянному току.
|
|
Нужно обеспечить по постоянному току активный режим. Eк — источник питания коллекторной цепи — обратно смещает переход. Rк — коллекторная нагрузка. Преобразует изменение тока в изменение напряжения. Входное напряжение Uб(для переменного сигнала). Если Uб↑, то Iб↑. b — коэффициент усиления транзистора по току.
Следовательно, Uн уменьшается (↑ Uк, Uн = Uк−Iк Rк). Сигнал инвертируется (противофаза).
Rэ вводит отрицательную ОС (последовательную по току), стабилизирующую температурный режим. Чем больше ток, тем больше мощность. Это приводит к положительной обратной связи, транзистор нагревается.
Cэ исключает ООС по переменному сигналу, увеличивая коэффициент усиления (ООС только для постоянного или медленно изменяющегося сигнала).
VT— усилительный элемент, усиливает ток.
Схема с общим эмиттером усиливает и ток, и напряжение, наибольший коэффициент усиления по мощности. Схема обладает большим входным (хорошо) и большим выходным (плохо) сопротивлениями. Инвертирует сигнал. Обладает худшими частотными свойствами по сравнению с ОК и ОБ. гр меньше, чем в других.
Схема включения с ОБ
Cp1, Cp2 — то же, что и в предыдущей схеме: отделяют ИС и Rн от каскада по постоянному току.
Rэ отделяет источник сигнала от общего провода и стабилизирует параметры каскада (если его нет, то сигнал будет закорочен, всё утечёт на общий провод).
Cб обеспечивает работу в режиме общей базы.
Схема усиливает напряжение так же, как и схема с ОЭ.
Не усиливает ток.
Обладает малым входным и большим выходным сопротивлениями (неудачно). Обладает хорошими частотными свойствами. Сигнал не инвертирует. В звукотехнике практически не используется, используется для высокочастотных сигналов.
Схема включения с ОК
Rб1, Rб2— базовый делитель. Создаёт режим работы по постоянному току. Cp1, Cp2 отделяют ИС и Rн от каскада по постоянному току. э преобразует изменение тока в изменение напряжения, стабилизирует параметры каскада.
Схема усиливает ток и не усиливает напряжение. Обладает большим входным и малым выходным сопротивлениями. Хорошие частотные свойства, лучшая стабильность.
Схема с общим коллектором используется для согласования высокоомного источника сигнала с низкоомной нагрузкой.
Лекция 7
Полевые транзисторы
Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, действие которого основано на модуляции канала поперечным электрическим полем. Под модуляцией в данном случае понимается изменение сопротивление канала по определённому закону.
Достоинства:
1. 1. большое входное сопротивление;
2. 2. малые шумы при работе с высокоомными источниками сигналов;
3. 3. большая температурная стабильность, чем у биполярных транзисторов;
4. 4. простота изготовления и малые габариты, что важно при изготовлении ИМС.
Полевые транзисторы также называются униполярными. Неосновные носители практически не используется, поэтому они меньше подвержены влиянию температуры.
Недостатки:
1. 1. малый коэффициент усиления по напряжению;
2. 2. возможность повреждения статическим электричеством;
Классификация ПТ
1.С управляющим p – n-переходом: с каналом n -типа, с каналом p -типа;
2.С изолированным затвором (МДП: металл-диэлектрик-полупроводник, МОП: в качестве диэлектрика — диоксид кремния): со встроенным каналом; с индуцированным каналом.