Влияние обратной связи на входное сопротивление

ВИДЫ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ В УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

(Опадчий)

Различают четыре типа цепей ОС: последовательная ОС по ; последовательная ОС по выходному току; параллельная ОС по ; параллельная ОС по . Каждый из этих типов может осуществлять как положительную, так и отрицательную ОС.

1) Обратная связь по напряжению (рис.1.8)

При этом сигнал ОС должен быть пропорционален выходному напряжению усилителя.

2) Обратная связь по току (рис.1.9).

При этой связи сигнал ОС снимают с дополнительного измерительного элемента (датчика тока r _дт, включенного последовательно с нагрузкой).

3) Последовательная ОС (рис.1.10) формируется при последовательной подаче входного сигнала и сигнала ОС на вход усилителя: , т.е. происходит алгебраическое суммирование напряжений на входе усилителя.

4) Параллельная ОС (рис.1.11) При этом сигнал с выхода усилителя вводится параллельно источнику входного напряжения

Если коэффициент передачи цепи ОС зависит от частоты, то ОС – частотозависимая, если не зависит – то частотонезависимая. Частотозависимые ОС изменяются свойства усилителя в определенном диапазоне частот.

ВЛИЯНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА СВОЙСТВА УСИЛИТЕЛЯ

Влияние обратной связи на входное сопротивление

K_UO

в_ОС

U _вых.

Е _ист

U _ООС

U _вх.

U _ист.

Z _ист.

Рис.1.12. Усилитель с последовательной ОС

а) Усилитель охвачен последовательной ООС (рис.1.12)

; ;

где - входное сопротивление без ООС,

- глубина ООС.

При введении ООС входное сопротивление увеличивается в глубину ООС. При этом на вход поступает разность напряжений , что уменьшает ток усилителя. . При увеличении падает, что эквивалентно увеличению .

б) Усилитель охвачен последовательной ПОС

U _вых.

Е _ист

U _вх.

I _ист.

Z _ист.

I _вх.

I _ОС.

Z _ООС

Рис. 1.13. Усилитель с параллельной ООС

Напряжение ПОС складывается с

и приводит к увеличению входного тока. При этом входное сопротивление уменьшается.

в) Усилитель с параллельной ООС (рис.1.13)

;

Введение параллельной ООС уменьшает входное сопротивление усилителя.

г) Усилитель с цепью параллельной ПОС

ПОС на усилитель влияет не закономерно: или уменьшает Z _вх или Z _вх становится отрицательным. Поэтому в усилителях не применяются.

2.3.2.Влияние обратной связи на выходное сопротивление

а) Введение цепи ООС по напряжению (рис.1.14).

Z _н

U _вых

Z _вых

U _ус.

I _вых

в_ос

U _ос.

U _вх.

U _ист.

Рис.1.14. Усилитель с ООС по напряжению

;

ООС по вых. напряжению уменьшает его Z _вых. в глубину отрицательной ОС раз.

б) ПОС по выходному напряжению

При увеличении коэффициент передачи цепи ПОС Z _вых. в начале увеличивается, стремясь к бесконечности, при в_ос > 1/K_UO становится отрицательным.

в) ООС по выходному току (рис.1.15).

;

; где .

U _ист.

U _вх.

в_ос

I _вых.

Z _вых.

Z _н

Z _ос

U _ос

U _вых.

U _ос

Рис.1.15. Усилитель с ОС по току

ООС по выходному току увеличивает Z _вых. усилителя.

г) ПОС по выходному току

, следовательно, Z _вых.при ПОС по току уменьшается.

2.3.3. Влияние обратной связи на полосу усиливаемых частот

Если передаточная характеристика усилителя

lg w

20 lg (1+ K_UO в_ос)

20 lgK_UO

20 lgK_UO _.ООС

K_U

w_в=1/ T ₁

w_воос=1+ K_UO в_ос/ T ₁

Рис. 1.16. ЛАХЧ усилителя с ООС

Если усилитель охвачен частотонезависимой ООС, то

После введения ООС верхняя частота полосы пропускания увеличилась в раз.

Новая АЧХ получается смещением вниз горизонтального участка исходной характеристики на величину , т.е. на 20Дб (рис.1.16).

Если в усилителе присутствует цепь ПОС, то полоса усиливаемых частот усилителя уменьшится (рис.1.17 ): f _вПОС = f _в ( 1 - К_UO в_ОС ).

При этом частотная характеристика с ПОС получается смещением вверх горизонтального участка исходной характеристики на величину дБ.

lg w

20 lg (1- K_UO в_ос)

20 lgK_U _ПОС

20 lgK_UO

K_U

w_воос

w_в

Рис. 1.17. ЛАХЧ усилителя с ПОС

2.3.4. Влияние обратной связи на коэффициент усиления

а) Влияние ООС на коэффициент усиления

При изменении коэффициента усиления на Δ K_UO найдем значение Δ K_U _OOC.

;

Разложим в ряд Тейлора.

Далее ;

, где и - относительные изменения коэффициента усиления устройств с ООС и без нее.

- глубина ОС. Относительное изменение коэффициента усиления с ООС в глубину ОС раз меньше, чем без нее. Нестабильность коэффициента усиления зависит также и от нестабильности коэффициента передачи самой цепи ООС. Увеличение ведет к снижению .

б) Усилитель с ПОС

Относительное изменение коэффициента передачи с ПОС:

Следовательно, относительное изменение коэффициента передачи с ПОС всегда больше, чем у усилителя без ПОС.

2.3.5. Влияние обратной связи на искажения усилителя.

1.Нелинейные искажения.

а) Усилитель с ООС.

Напряжение на выходе усилителя складывается из собственного напряжения этой гармоники и напряжения этой же гармоники, прошедшей через цепь ООС и через усилитель. Для любой гармоники

. Отсюда . Следовательно, сигнал на выходе усилителя уменьшается в

глубину ОС раз. Подставляем это выражение в формулу для определения коэффициента гармоник

или

б) Усилитель с ПОС

В усилителе с ПОС его нелинейные искажения возрастают и влияние на выходной сигнал внешних помех: наводок и др.

2.Линейные искажения.

К линейным искажениям относятся частотные и фазовые

Для усилителя с передаточной функцией

Следовательно, введение ООС уменьшает фазовый сдвиг, вносимый усилителем. Абсолютное значение частотных искажений также падает, т.к. расширяется полоса пропускания. При ПОС полоса пропускания сужается, что увеличивает частотные и фазовые искажения усилителя.

3. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ (в учебное пособие без исправлений)

Схемотехническое проектирование включает следующие основные этапы, составляющие жизненный цикл проектирования электронных средств (ЭС).

1 этап. Разработка технического задания на проектирование электронного средства.

В техническом задании указываются: назначение изделия ЭС; определяемые параметры, их размерность, допустимые диапазоны и пределы измерений или же указываются параметры, которые надо регулировать или преобразовывать по заданному алгоритму; технические условия эксплуатации, климатические условия эксплуатации электронных средств.

2 этап. Подготовительный этап. Включает патентный поиск, в процессе которого изучаются подобные проектируемому изделию научно-технические разработки. Проводится анализ известных схемотехнических решений, по результатам которого выбирается аналог проектируемого электронного средства. Определяются недостатки аналога устройства и направления схемотехнического усовершенствования электронного устройства.

3 этап. Схемотехническая разработка. На этом этапе разрабатывается структурная схема электронного средства и подробное описание работы устройства. Взаимодействие отдельных узлов и компонентов электронного средства поясняется на функциональной схеме электронного средства с указанием направления прохождения сигналов по схеме и их параметров. Выбирается элементная база и приводится обоснование применения электрорадиоэлементов и интегральных микросхем. Затем разрабатывается электрическая схема электронного средства, выполняется её расчёт.

4 этап. Моделирование разработанного электронного средства на компьютере с использованием программных продуктов Electronics Workbench или Micro-Cap. Провести анализ полученных результатов моделирования и при необходимости выполнить соответствующие изменения электрической схемы и элементной базы.

5 этап. Изготовление макета разрабатываемого электронного средства. Разработка макета ЭС позволит выполнить реальные экспериментальные исследования проектируемого ЭС и выполнить коррекцию принципа действия, электрической схемы и используемой элементной базы, если выходные параметры ЭС не соответствуют техническому заданию на схемотехническое проектирование электронного средства.

6 этап. Направления усовершенствования усилительных устройств.

Совершенствование и модернизация усилительных устройств является неотъемлемой частью разработки радиоэлектронных средств. Совершенствование усилительных устройств рекомендуется осуществлять по следующим основным направлениям:

1. Улучшение качественных характеристик усилителя: точности выходных параметров и характеристик, стабильности и устойчивости работы, надежности. Для повышения устойчивости усилительных устройств необходимо использовать разнообразную топологию печатных плат, которая влияет на емкость монтажа.

2. Оптимизация качественно-количественных характеристик усилителя: расширение диапазона усиливаемых частот, увеличение выходной мощности.

3. Разработка архитектуры усилительных устройств на основе широкого использования обратных связей для формирования входного и выходного сопротивлений, амплитудно-частотных характеристик, обеспечения стабильности коэффициента усиления, стабилизации рабочей точки активного элемента и других параметров, а также уменьшения искажений сигнала на выходе усилителя.

4. Улучшение конструктивно-технологических показателей связано с разработкой конструкции усилителя в микроминиатюрном исполнении с соблюдением требовании стандартов по дизайну, эргономике, ремонтопригодности и применением элементной базы, созданной на основе новых физических процессов и технологий изготовления, применением высокотехнологических метод для изготовления печатной платы при изготовлении усилителя.

5. Проведение математического моделирования на компьютере при разработке усилительных устройств с целью выбора оптимального варианта схемотехнического решения, расчета параметров и характеристик усилителя, выполнения метрологического анализа погрешностей измерения, анализа частотных и переходных характеристик с учетом отклонения и нестабильности параметров и характеристик усилителя при воздействии дестабилизирующих факторов.

6. Разработка принципиальных электрических схем усилителей с использованием новой современной элементной базы, отличающейся высокой стабильностью параметров, надежностью и устойчивостью к воздействию дестабилизирующих факторов.

7. Оптимизация схемотехнических решений необходима для решения важнейшей задачи при передачи входных сигналов в усилителе – повышение линейности проходных передаточных характеристик усилителя, уменьшение шумов в усилителе и повышение чувствительности по входу.

8. Для улучшения технико-экономических характеристик рекомендуется замена в усилителе дорогостоящих компонентов с последующей модернизацией усилителя.

ТЕМА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

2.1. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ УСИЛИТЕЛЯ

При математическом анализе усилитель может быть представлен системой дифференциальных уравнений

где U _вх1, U _вх2  мгновенные значения входных возмущений на входах усилителя; a_i,b_i,c_i  постоянные коэффициенты, содержащие суммы и произведения параметров, входящих в состав усилителя (R,L,C).

Обозначив , уравнение представим в операторной форме.

Передаточная функция по входному возмущению U_вх1:

Данное допущение справедливо, так как усилитель считаем линейной системой, для которой справедлив принцип суперпозиции, то есть реакция на сумму воздействий равна сумме реакций на каждое воздействие, взятое отдельно.

Передаточная функция по входному возмущению U_вх2:

Используются передаточные функции в форме изображений Лапласа, то есть в виде отношений не оригиналов функции, а их изображений, полученных в соответствии с выражением:

где s  комплексный параметр преобразования Лапласа, имеющий размерность частоты; L  указатель преобразования Лапласа; x(t)  заданная функция; x(s)  изображение заданной функции.

Передаточную функцию произвольного вида можно представить в виде

произведения нескольких элементарных передаточных функций. Если каждой

элементарной передаточной функции поставить в соответствие типовое звено, то любое усилительное устройство может быть представлено в виде каскадного включения нескольких типовых звеньев.

2.2. ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЯ

jQ ω 0 P

Рис.1.18.Амплитудно- фазовая характеристика

Передаточная функция:

где P (j ) и Q (j )  действительная и мнимая части функции;

Логарифмическая АЧХ (ЛАЧХ):

ФЧХ: .

Амплитудно-фазовая характеристика (годограф)  строится в координатах P и jQ. Отражает основные свойства системы  АЧХ и ФЧХ. Представляет собой геометрическое место концов вектора k (), соответствующее изменению частоты  от 0 до ∞.(рис.1.18.).

2.3. УСТОЙЧИВОСТЬ ЦЕПЕЙ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Устойчивость системы оценивается по виду функции e(t), возникающей при кратковременном воздействии на усилитель внешнего возмущения. Усилитель устойчив, если для любых отклонений его параметров или внешних возмущений, действующих в момент t ₀ и вызывающих отклонение e (t ₀), лежащее в некоторой конечной области S ₀, величина e(t) при t®¥ не превысит некоторого заданного значения H, т.е. максимум e(t)£H при t®¥.

Устойчиво

Неустойчиво

Асимптотически устойчиво

E(t®¥)

E(t₀)

S₀

Рис.1.19. Области устойчивости усилителя с ОС

Если это условие не выполняется, то усилитель неустойчив (рис.1.19). При асимптотической устойчивости выполняется условие

, которое означает, что после окончания внешнего возмущающего воздействия выходной параметр усилителя вернется к первоначальному, невозмущенному значению.

Понятие устойчивости характерно для усилителя с обратной связью.

Для оценки устойчивости систем применяется три основных критерия.

2.3.1. Критерий оценки устойчивости Найквиста

Для оценки устойчивости используются амплитудно-фазовые характеристики разомкнутого контура регулирования системы. Если разомкнутое (имеется ввиду ОС) усилительное устройство и его АФХ (годограф) при изменении частоты от 0 до ∞ не охватывает точку с координатами –1, j 0, то после замыкания цепи ООС устройство будет также устойчиво (рис.1.20).

Прохождение годографа через точку с координатами –1, j0 означает нахождение усилителя на границе устойчивости. Характеристика W₁(j w ) на рис.1.20 соответствует абсолютно устойчивой системе. Из устойчивого режима работы можно вывести только увеличением коэффициента усиления. Характеристика

H_m

g_m

W₁(jw)

w=0

W₂(jw)

Рис.1.20. Годографы усилителя с ОС

W₂(j w ) соответствует условно устойчивой системе. В этом случае потеря устойчивости возможна как при увеличении, так и при уменьшении коэффициента усиления. Усилитель обладает запасом устойчивости, если значения модуля ½ W(j w ) ½ отличаются от 1 не менее, чем на некоторую наперед заданную величину ± H _m, называемую запасом устойчивости по модулю, и имеет фазовый угол, отличающийся от π не менее, чем на величину ± g_m, называемую запасом устойчивости по фазе. Согласно данному определению для обеспечения заданного запаса устойчивости АФХ усилителя не должна попадать в заштрихованную область на рис.1.20.

2.3.2. Критерий оценки устойчивости Гурвица

Четырехполюсник будет устойчивым, если собственные колебания в нем с течением времени не возрастают. Собственные колебания пассивных цепей всегда затухают. Математическим следствием этого является вывод: простые корни и реальные части комплексных корней характеристического уравнения пассивной цепи – отрицательные, т.е.

Согласно критерию Гурвица (немецкий математик, 1895г.), для того чтобы все корни алгебраического уравнения с реальными коэффициентами (считается, что α _n =1) лежали в левой полуплоскости, необходимо и достаточно, чтобы составленный из коэффициентов уравнения определитель

;

и его главные миноры

; ;

были положительными.

Определитель называют определителем Гурвица. Его составляют следующим образом. На главной диагонали выписывают коэффициент уравнения в том порядке, в котором они расположены в уравнении, начиная с . В каждом из столбцов определителя над диагональным элементом выписывают коэффициенты с возрастающими индексами, а под ним – с убывающими индексами. Все коэффициенты, индексы которых превышают n или отрицательны, заменяют нулями.

2.3.3. Критерии оценки устойчивости Михайлова

Согласно критерию, цепь будет устойчивой, если при изменении переменной w от 0 до ∞ вектор годографа комплексной функции V_n(j w ) характеристического полинома цепи V_n(P) поворачивается на угол 0,5 n π, где n – степень полинома.

На рис.(рис.1.21, а) показан годограф устойчивой цепи для n =5. Цепь устойчива, т.к. вектор V₅(j w ) поворачивается на угол 2,5π.

На рис. (рис.1.21, б) показан годограф неустойчивой цепи (n =4). Вектор V₄(j w ) в этом случае при малых ω поворачивается против часовой стрелки, а при больших ω – по часовой стрелке, поэтому суммарный угол поворота не равен 2π.

w₂

w₃

w₁

w₄

w₀

w₁

w₂

w ® ¥

w₀

а)

б)

Рис.1.21. Годографы устойчивой цепи (а) и неустойчивой (б)

2.4. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Анализ усилительных устройств включает построение ЛАЧХ и ФЧХ по следующей методике:

а) записывают уравнения, связывающие изменения напряжений и токов на элементах рассматриваемой схемы (уравнения состояния);

б) на основе полученных уравнений записывают дифференциальное уравнение высокого порядка, связывающее изменение сигнала на входе и на выходе устройства. Порядок этого уравнения равен числу реактивных элементов присутствующих в схеме;

в) переходят к операторной форме записи найденного уравнения или к изображениям по Лапласу и записывают передаточную функцию относительно входного возмущения;

г) полученную передаточную функцию разбивают на множители, соответствующие передаточным функциям элементарных звеньев;

д) строят частотные характеристики элементарных звеньев и их суммированием находят ЛАЧХ и ФЧХ устройства.

Алгоритм синтеза усилительного устройства заключается в следующем:

а) по заданным свойствам усилительного устройства строят его ЛАЧХ;

б) представляют полученную ЛАЧХ как сумму характеристик элементарных звеньев;

в) ставят в соответствие каждой выделенной элементарной характеристике реальную цепь или электронный узел и определяют их основные параметры;

г) соединяя последовательно найденные цепи и электронные узлы, получают полную схему усилительного устройства.

ТЕМА 3. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ

(без изменения в учебное пособие)

3.1. Назначение предварительных усилительных каскадов.

Предварительные усилительные каскады в многокаскадных усилителях находятся между источником входного сигнала и выходным каскадом. Предварительный усилительный каскад предназначен для усиления сигнала от источника входного сигнала до уровня, необходимого для формирования в выходном каскаде сигнала заданного напряжения или мощности.

Задачей схемотехнического проектирования предварительных усилительных каскадов является получение заданного коэффициента усиления по току и напряжению с обеспечением минимальных искажений формируемого сигнала.

При схемотехническом проектировании предварительных усилительных каскадов следует выполнить расчет активных и пассивных элементов, входящих в состав предварительного усилителя, и выбрать оптимальный вариант режима работы усилителя. Выбор оптимального режима работы осуществляется в соответствии с техническим заданием на проектирование усилителя, в котором указываются параметры усилителя и условия его эксплуатации. В техническом задании приводятся следующие основные параметры проектируемого усилителя: коэффициенты усиления по току, напряжению, мощности; входное и выходное сопротивление усилителя; уровень линейных и нелинейных искажений усилителя.

Предварительные усилительные каскады реализуются в основном на активных элементах - биполярных и полевых транзисторах, включенных, соответственно, по схеме с общим эмиттером и истоком, которая усиливает входной сигнал по току, напряжению и мощности.

Во входных предварительных усилительных каскадах задается режим работы А, характеризующийся минимальными нелинейными искажениями входного сигнала и низким коэффициентом полезного действия.

Наряду с дискретными элементами в предварительных усилительных каскадах применяются интегральные микросхемы.

3.2. Схемотехника усилительных устройств на биполярных и полевых транзисторах.

3.2.1. Усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ при постоянном токе.

На рис.3.1 представлены усилительные каскады с последовательной (а) и параллельной структурой (б).

e _c

E _см

R _б

R _k

U _вых

+ U _п

В качестве нагрузки

R _k

U _вх.

R _н

U _вых.

+ U _п

p-n-p

Рис. 3.1. Усилительные каскады с последовательной структурой (а) и с параллельной структурой (б)

а)

б)

На рис. 3.1, а каскад не инвертирующий, так как фазы входа и выхода сигналов совпадают.

На рис. 3.1, б фазы входа и выхода сигналов отличаются на π, и каскад – инвертирующий

По переменной составляющей сигнала можно пользоваться (1) формулой, подставив вместо R _к® R _кн.

Резистор R _б является балластным и служит для линеаризации входной характеристики каскада, сопротивление его выбирают R _б >> R _вх. Тогда

R _б - уменьшает коэффициент усиления каскада, так как к эмиттерному переходу прикладывается меньшая часть U _вх. U _см - постоянное напряжение, обеспечивающее требуемый режим работы каскада по постоянному току Построим на входной характеристике транзистора (рис.3.2, а) нагрузочную. прямую, пересекающую оси тока и напряжения в точках U _вх/ R _б и U _вх, где

U _вх

D I _Б

I _БП

I _Б_min

U _БЭП

U _БЭ_min

a₁

D U _БЭ

П₁

i _Б

U_k =const

U _вх.+D U _вх.

U _БЭ

U _вх./ R _б

а)

U _КЭП

U _КЭ _min

U _П

I_{k min}

D U _КЭ

a₂

От

U _КЭ

I _КП

I _{К max}

U _п/ R_k

i_k

U _КБ=0

Нас.

акт.

I _Б= I _KO

I _Б _min

I_БП

I _БП+D I _Б

I _Б _max

П₁

Н_с

H_c1

б)

Рис.3.2. Входная (а) и выходные (б) характеристики усилительного каскада с ОЭ

U _вх= U _с + U _см.

Наклон этой прямой определяется сопротивлением резистора R _б, то есть ctg a ₁=R _б.

Строим нагрузочную прямую на выходных характеристиках, наклон которой определяется сопротивлением R_к, то есть ctg a₂ =R_k.

Эта прямая пересекает ось тока и напряжения соответственно в точках

U _п / R _к и U _п.

Если U _вх и U _п постоянны, то в базовой и коллекторной цепях протекают токи покоя I _БП и I _КП, которым соответствуют напряжения покоя U _БЭП и U _КЭП.

Если U _вх увеличилось на величину Δ U _вх., то базовый ток и U _БЭ получат приращение Δ I _Б, Δ U _БЭ, а так же приращения получат I _к, Δ U _вых.=Δ U _КЭ. Новый режим характеризуется точкой покоя П₁. Следовательно, изменение U _вх приводит к пропорциональному изменению U _вых.

Коэффициент усиления каскада K _ик =Δ U _вых./Δ U _вх.. Полагаем h₁₂=h₂₂ _Э = 0, т.е. отсутствует внутренняя ОС и R _вых® ¥. Тогда

; ;

С учетом R _б,который уменьшает коэффициент усиления каскада,

где .

; .

R _к

E _к

R _к

R 1

Рис. 3.4. Схема с коллекторной термостабилизацией

E _к

T⁰

Рис.3.5. Схема термокомпенсации

E _k

R _э

E _в

R _i

Рис. 3.3. Эмиттерная схема термостабилизации

U _вх

U _вых

U _вх

U _вых

U _вх

R _к

3.2.2. Методы стабилизации рабочей точки

Параметры каскада с ОЭ зависят от температуры окружающей среды, изменения напряжения питания, изменение сопротивления нагрузки и т. д. Эти воздействия приводят к изменению коллекторного тока транзистора и изменению U _вых каскада. Эти изменения называются дрейфом нуля усилителя.

Внешние возмущения изменяют ток покоя транзистора и выводят усилитель из заданного режима работы. Существуют три основных метода стабилизации режима работы транзисторного каскада:

1) Метод термостабилизации. Эмиттерная схема термостабилизации (рис.3.3). Метод заключается в применении ООС для уменьшения температурной нестабильности начальной рабочей точки. Ток эмиттера, протекая через R Э, создает напряжение, которое через источник Е _в и его внутреннее сопротивление R_i попадает на базу. При этом в схеме создается петля параллельной ООС по току, так как U _вх и U _ос на вход поступают с разными знаками.По переменному току эта ОС при необходимости устраняется подключением большой емкости параллельно резистору R _Э.

В схеме с коллекторной термостабилизацией (рис.3.4) подключением резистора R ₁ вводится параллельная отрицательная обратная связь по напряжению, которая уменьшает коэффициент нестабильности. Эта схема хуже тем, что стабилизирующая рабочую точку ООС уменьшает входное сопротивление каскада.

2) В способе температурной стабильности рабочей точки – термокомпенсации - температурное изменение коллекторного тока компенсируется обратным изменением тока или напряжения смещения. Для этого в цепь смещения включают сопротивление, зависящее от температуры. Для этой цели используют термистор или открытый диод (рис. 3.5.).

3) Метод параметрической стабилизации с использованием дополнительного транзистора. Если параметры VT 1 и VT 2 одинаковы, то такая схема позволяет

U _п

R _к

R _б1

VT 1

U _вых.

VT 2

R _б2

U _вх.

Рис.3.6. Схема с параметрической стабилизацией

полностью устранить изменение тока I _кп, вызванное изменением напряжения U _бэ. Этот способ часто применяется при разработке аналоговых схем (рис. 3.6). Методы термокомпенсации и параметрической стабилизации компенсируют только один из дестабилизирующих факторов, а метод введения цепей ОС стабилизирует параметры всего усилителя.

3.2.3.Усилительный каскад с общим эмиттером при переменном токе

На рис.3.7 приведена схема усилительного каскада с ОЭ при переменном токе.

Рис. 3.8. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ при гармоническом воздействии

С_н

R_н

R_Э

R_б

R^*_к

C^*_к

C _н

R _н

+ E _к

R _к

R_i

E _б

Рис. 3.7. Усилительный каскад с ОЭ при переменном токе

R_i – учитывает внутреннее сопротивление обоих источников.

Е _б – источник питания цепи базы.

Анализ свойств каскада поводится по эквивалентной схеме при гармоническом воздействии (рис.3.8). Запишем уравнения по законам Кирхгофа ;

; ;

где - комплексное сопротивление коллекторного перехода в схеме с ОЭ;

- постоянная времени коллектора;

- напряжение на коллекторе.

Решая систему уравнений, получаем комплексные параметры усилителя:

где - эквивалентная передаточная функция.

Для СЧ. Пренебрегаем С _к и С _н, т.к.

С учетом допущений

Знак ²-² показывает, что сигнал на выходе поворачивает фазу напряжения на π.

Для ВЧ. Параметры каскада зависят от С _к и С _н.

Входное сопротивление усилителя . Зависимость полного сопротивления от частоты показана на рис.3.9 и эквивалентная схема входной цепи (рис.3.10), где - активное сопротивление, - комплексное.

C _вх.

R 1

Z _вх.

R _вх.

R _б+ R _Э

1/t_b

1/t_вх.

R 2

Рис.3.9. Зависимость полного сопротивления от частоты

Рис.3.10. Эквивалентная схема входной цепи

При w > w _вх _._. входная емкость С _вх.полностью шунтирует сопротивление b R _Э.

Передаточная функция каскадов области ВЧ

где t₀– постоянная времени нагрузки,

- постоянная времени входной цепи.

На рис.3.11 приведены АЧХ (а) и ФЧХ (б) усилительного каскада с ОЭ.

w_в

-p/2

б)

Рис.3.11. АЧХ (а) и ФЧХ (б) усилительного каскада с ОЭ

K_U

K_U _ОЭ

K_U _ОЭ/Ö2

w_в

а)

3.2.4. Усилительный каскад с общим коллектором

Т.к. фазы U_вх _. и U _вых. совпадают, а их амплитуды близки, то напряжение на эмиттере повторяет входное напряжение, поэтому каскад с ОК называют эмиттерным повторителем или повторителем напряжения. На рис.3.12 приведена схема усилительного каскада с ОК (рис.3.12, а) и эквивалентная схема каскада (рис.3.12, б).

Для СЧ. Коэффициент передачи тока вещественный, т.е. , сопротивление С _к и С _н большие и их можно не учитывать. Для входного контура по закону Кирхгофа