ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 67
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ. ВЛИЯНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ
Обратной связью в усилителе (в целом) или же в отдельно взятом каскаде называется такая связь между входом и выходом, при которой часть энергии усиленного сигнала с выхода передаётся на вход.
По способу своего возникновения обратная связь (ОС) может быть внутренней, паразитной и искусственной.
Внутренняя ОС возникает за счёт внутренних свойств элементов схемы. Паразитная ОС возникает за счёт паразитных ёмкостей и индуктивностей. Стараются внутреннюю паразитную обратную связь возможно сильнее уменьшить.
Искусственная ОС вводится специально для улучшения основных характеристик усилителя.
По признаку петлевого усиления различают положительную ОС (ПОС) и отрицательную ОС (ООС). При ПОС сигнал на вход усилителя через цепь ОС поступает в фазе со входным сигналом. При ООС сигнал, проходя цепь ОС, будет подаваться в противофазе с входным сигналом. В усилителях, в основном, применяется ООС; ПОС применяется в генераторах.
В зависимости от того, каким образом цепь ОС подключается к выходу усилителя, различают параллельную и последовательную ОС усилителя (рисунок 2.1, рисунок 2.2).
Рассмотрим влияние ООС на работу усилителя на примере последовательной ОС по напряжению (рисунок 2.3).
К=
- коэффициент усиления без обратной связи;Кос =
- коэффициент усиления с обратной связью.β =
(2.1)Кос =
= 
(2.2)
Рисунок 2.1- Параллельная ОС; Рисунок 2.2 - Последовательная ОС.
Рисунок 2.3 - Последовательная ОС по напряжению.
Из формулы (2.1) видно, что Uвых. ос будет равняться β, умноженному на Uвых и подставленному в формулу (2.2).
Кос =
(2.3)В знаменателе последней формулы вынесем Uвых за скобку:
Кос =
(2.4)
Кос =
(2.5)Величина (1+ β⋅К) называется глубиной обратной связи.
Последняя формула показывает то, что глубина ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя.
Для положительной ОС:
Кпос =
(2.6)Кроме того, что введение ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя, все остальные технические показатели улучшаются. Увеличивается полоса пропускания, уменьшаются нелинейные и частотные искажения, несколько возрастает входное сопротивление [4].
3. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Рассмотрим усилитель, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицательная обратная связь по току (Рисунок 3.1). Схема с общим эмиттером обеспечивает усиление как по напряжению, так и по току. Она имеет невысокое входное и относительно большое выходное сопротивления. В многокаскадных усилителях схему с общим эмиттером используют для получения требуемого коэффициента усиления напряжения.
Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными: С1 препятствует связи по постоянному току источника входного сигнала и усилителя, а С2 служит для разделения по постоянному току коллекторной цепи и нагрузки.
Емкости С1 и С2 выбирают такими, что на частоте переменной составляющей их сопротивлением можно было пренебречь. Резистор Rг учитывает внутреннее сопротивление источника сигнала. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, определяющий положение рабочей точки эмиттерного перехода.
Рисунок 3.1 - Усилитель, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером, а для стабилизации рабочей точки используется отрицательная обратная связь по току.
Резистор в цепи коллектора преобразует изменение тока коллектора в выходное напряжение. На выходе цепи включен резистор нагрузки Rн, с которого снимается усиленный сигнал.
Резистор Rэ является цепью отрицательной обратной связи. Конденсатор в цепи эмиттера шунтирует резистор Rэ . Ёмкость этого конденсатора выбирают такой, чтобы на частоте сигнала Xэ =
<
4. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ: ПОНЯТИЕ, ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
4.1 Понятие об операционных усилителях
Операционные усилители (ОУ) - это усилители постоянного тока, имеющие дифференциальный вход, большой коэффициент усиления, по своим усилительным характеристикам приближающиеся к идеальному усилителю, и используемые для выполнения различных операций с электрическими сигналами (усиление, масштабирование, суммирование, вычитание, умножение, интегрирование и др.)
Операционные усилители имеют как минимум 5 выводов. Схемное обозначение операционного усилителя показано на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 - Обозначение ОУ. [11]
4.2 Параметры ОУ
К основным параметрам ОУ относятся: коэффициент усиления, входное сопротивление, мощность, коэффициент ослабления синфазного сигнала, скорость нарастания выходного напряжения, частота единичного усиления, частота среза, время установления выходного напряжения.
Коэффициент усиления К равен отношению выходного напряжения к вызвавшему это приращение дифференциальному входному сигналу при отсутствии обратной связи (составляет 103…107) и определяется при холостом ходе на выходе:
К=
(4.1)Входное сопротивление Rвх (сопротивление между входными выводами) равно отношению приращения входного напряжения к приращению входного тока на заданной частоте сигнала. Оно определяется для области низких частот.
Потребляемый от источника питания ток или потребляемая мощность – мощность, рассеиваемая ОУ при отключенной нагрузке.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала Косс определяется как отношение напряжения синфазного сигнала, подаваемого на оба входа, к дифференциальному входному напряжению, вызывающему такое же значение выходного напряжения. Коэффициент ослабления показывает, во сколько раз коэффициент усиления дифференциального сигнала больше коэффициента усиления синфазного входного сигнала, и составляет 60…120 дБ:
Косс =
(4.2)Скорость нарастания выходного напряжения Vmax определяется наибольшей скоростью изменения выходного напряжения ОУ при действии на входе импульса прямоугольной формы с амплитудой, равной максимальному значению входного напряжения.
Частота единичного усиления f1 – это частота входного сигнала, при котором коэффициент усиления ОУ равен 1.
Частота среза ОУ f – частота, на которой коэффициент усиления снижается в
раз. Она оценивает полосу пропускания ОУ.Время установления выходного напряжения tуст - время, необходимое для возвращения усилителя из состояния насыщения по выходу в линейный режим [12].
4.3 Характеристики ОУ
4.3.1 Амплитудные характеристики
Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики (рисунок 4.2). Их представляют в виде двух кривых, относящихся соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам. Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом. Каждая из кривых состоит из горизонтального и наклонного участков.
Рисунок 4.2 - Амплитудные характеристики ОУ.
Горизонтальные участки кривых соответствуют режиму полностью открытого (насыщенного) либо закрытого транзисторов выходного каскада. При изменении входного напряжения на этих участках выходное напряжение усилителя остается постоянным и определяется напряжением +Uвых (max), -Uвых (max). Эти напряжения близки к напряжению источников питания.
Наклонному (линейному) участку кривых соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Этот диапазон называется областью усиления.Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления ОУ: Kuоу = Uвых / Uвх. Большие значения коэффициента усиления ОУ позволяют при охвате таких усилителей глубокой отрицательной обратной связью получать схемы со свойствами,которые зависят только от параметров цепи отрицательной обратной связи.
Амплитудные характеристики, представленные на рисунке 4.2, проходят через нуль. Состояние, когда Uвых = 0 при Uвх = 0,называется балансом ОУ. Однако для реальных ОУ условие баланса обычно не выполняется (наблюдается разбаланс). При Uвх = 0 выходное напряжение ОУ может быть больше или меньше нуля (Uвых = +
Uвых или Uвых = - Uвых).4.3.2 Дрейфовые характеристики
На рисунке 4.3 показан вид передаточной характеристики реального ОУ.
Рисунок 4.3 - Вид передаточной характеристики реального ОУ.
Напряжение Uсмо, при котором Uвых = 0, называется входным напряжением смещения нуля. Оно