5.9 Типовая переходная характе­ристика усилителя

Каскадную схему усилителя можно представить в виде трех функционально отличных каскадов усиления (рис. 5.10): предварительного усилителя (ПрУ), промежуточного усилителя (ПмУ) и выходного усилителя (мощности) (ВУ).

Предварительный усилитель обеспечивает непосредственную связь источника сигнала и усилительного устройства. Поэтому важнейшее требование, которому он должен удовлетворять,— минимальное ослабление входного сигнала. Для этого ПрУ должен обладать большим входным сопротивлением R_BX. Это сопротивление должно быть существенно больше сопротивления R_c источника, никла, т. е. R_Bх>Rc В этом случае изменения входного напряжения усилителя будут стремиться к изменению э.д.с. источника в его входной цепи. Основное требование, предъявляемое к ПрУ — значение наибольшего усиления входного сигнала при минимальных его искажениях.

Промежуточный усилитель выполняет роль буферного каскада между предварительным и выходным усилителями. Основная его задача — согласование выхода ПрУ со входом ВУ.

Выходной усилитель предназначен для получения на выходе усилительного устройства мощности, обеспечивающей работоспособность нагрузочного устройства, выполняющего определенные функции. Поэтому в отличие от ПрУ и ПмУ, выходная мощность которых сравнительно невелика, основным параметром ВУ является КПД.

П рименяемые на практике транзисторные усилители мощности классифицируют на одно- и двухтактные. Однотактные усилители мощости используют для работы с нагрузочными устройствами, мощность которых составляет единицы ватт. При больших значениях мощности нагрузочных устройств применяют двухтактные ВУ.

Рис. 5 10 Каскадная схема усилителя

В заключение следует подчеркнуть, что наличие трех различных функциональных каскадов — предварительного, промежуточного и выходного — не является обязательным. Известны электронные усилители, в которых предварительный и промежуточный усилители не имеют явно выраженных разграничительных признаков и совмещены в одном усилительном каскаде. То же самое относится к промежуточному и выходному усилителям, который также можно объединять. Наконец, возможны схемы усилительных устройств с несколькими усилителями одного типа и т. д.

3,4(2) Обратная связь в усилителях

Обратной называется связь между цепями усилителя, посредством которой сигнал передается в направлении, обратном нормальному, т. е. не из предыдущего каскада в последующий, а наоборот.

Всe виды обратной связи сильно изменяют свойства усилительного устройства, поэтому они широко используются для направленного изменения его параметров.

В общем случае сигнал обратной связи может либо суммироваться с входным, либо вычитаться из входного сигнала усилителя. В зависимости от этого соответственно различают положительную и отрицательную обратные связи.

П олучим значение коэффициента усиления для обоих этих случаях. Обратная связь называется положительной если фаза входного сигнала усилителя и сигнала обратной связи совпадают. В этом случае для обобщенной структурной схемы усилителя с обратной связью, приведенной на рис. 5.21, можно записать:

bос — коэффициент передачи цепи обратной связи.

Рис. 5.21. Обобщенная структур- Рис. 5.22. Изменение пе-

ная схема усилительного устрой- редаточной характери-

ства с цепью обратной связи стики усилительного уст-

ройства при введении

различных цепей обрат-

­ ной связи

Отсюда

Полученное выражение показывает, что введение в усилитель положительной обратной связи увеличивает коэффициент усиления. Физически это означает увеличение наклона передаточной характеристики усилителя (рис. 5.22). Если Ь_Ос достигает значения 1/К_U0, то знаменатель (5.19) обращается в нуль, что физически соответствует получению бесконечного коэффициента усиления. При дальнейшем увеличении Ь_Ос, Кипос становится отрицательным, что означает получение на передаточной характеристике усилителя участка с отрицательным наклоном. Передаточная характеристика при этом перестает быть однозначной. Обратная связь называется отрицательной, если фазы входного сигнала усилителя и сигнала обратной связи отличаются на угол л. В этом случае для обобщенной структурной схемы усилителя с обратной связью (см. рис. 5.21), можно записать:

Тогда

Введение отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления усилителя. Это проявляется в уменьшении наклона его передаточной характеристики. Следовательно, введение любой обратной связи приводит к вращению его передаточной характеристики относительно начала координат (см. рис. 5.22). Следует отметить, что если цепь обратной связи охватывает весь усилитель, ее принято называть общей обратной связью. В противном случае, т. е. если обратная связь охватывает только часть усилителя, ее называют местной.

По способу получения сигнала обратной связи принято различают обратную связь по напряжению и току. Для получения обратой связи по напряжению сигнал обратной связи должен быть пропорционален выходному напряжению усилителя (рис. 5.23,а).

Рис 5 23 Способы получения сигнала ОС а — по напряжению, б — по току

Р нс. 5.24 Способы введения сигналя ооратной связи во входную цепь усительного устройства-

а — последовательная, б — параллельная

Для получения обратной связи по току, сигнал обратной связи снимают с дополнительного измерительного элемента, включенного последовательно с нагрузкой (рис. 5.23,6)

По способу введения сигнала можно выделить последовательную и параллельную обратные связи.

Для получения последовательной обратной связи сигнал с выхода усилителя вводится последовательно с источником входного напряжения (рис. 5.24,а). В этом случае на входе усилителя выполняется алгебраическое суммирование напряжений

Для получения параллельной обратной связи сигнал с выхода усилителя вводится параллельно источнику входного напряжения (рис. 5.24,6). В этом случае на входе усилителя происходит алгебраическое суммирован ие токов

Конкретный знак входных сигналов усилителя зависит от того, какая (положительная или отрицательная) обратная связь вводится в устройство. Возможны комбинированные способы как снятия, так и введения сигнала обратной связи. Однако из-за противоположного действия на свойства усилительного устройства такие способы на практике используются весьма редко. I

В соответствии со сказанным, можно выделить четыре основные типа цепей обратной связи:

последовательная обратная связь по выходному напряжению

последовательная обратная связь по выходному току;

параллельная обратная связь по выходному напряжению;

параллельная обратная связь по выходному току. Каждый из указанных типов может осуществлять как положительную, так и отрицательную обратные связи.

В общем случае значение коэффициента передачи цепи обратной связи может как зависеть, так и не зависеть от частоты сигнала. В соответствии с этим различают частотозависимую (инерционную) и частотонезависимую обратные связи. Применение частотозависимых цепей обратной связи позволяет изменять свойства, усилительного устройства только в требуемом диапазоне частот.

В качестве звена передачи сигнала обратной связи могут быть использованы как линейные, так и нелинейные элементы. Это позволяет изменять свойства усилителя только для заданных значений входного сигнала.

Все перечисленные особенности раскрывают широкие возможности использования цепей обратной связи для направленного изменения свойств усилительного устройства.