- •Усилители электрических сигналов
- •4.1. Резистивные усилители
- •4.2. Резонансные усилители
- •4.3. Усилители с обратной связью
- •4.3.1. Чуствительность линейных систем с обратной связью
- •1). Преобразование исследуемой характеристики цепи к билинейной форме (4.3.9).
- •2). Определение функции чувствительности по заданному параметру.
- •3). Анализ функции чувствительности в соответствии с поставленной задачей.
- •Приводим комплексную частотную характеристику к билинейной относительно коэффициента усиления к форме
- •2. Определяем функцию чувствительности
- •4.3.2. Устойчивость линейных систем с обратной связью
- •4.4. Усилители постоянного тока
- •4.5. Операционные усилители
- •4.5.1. Обобщенная схема включения операционного усилителя
- •4.5.2. Устройства на операционном усилителе
4.1. Резистивные усилители
Резистивными усилителями называются устройства, состоящие кроме активных элементов (ламп, транзисторов), только из резисторов и конденсаторов. Эти усилители используются в диапазоне частот от сотен килогерц до десятков мегагерц. Принципиальная схема такого усилителя на биполярном (а) и полевом (б) транзисторах приведена на рис .4.1.1.
Назначение элементов
- - сопротивление нагрузки, с которого снимается усиленный выходной сигнал;
- - фильтрующий конденсатор, предназначенный для шунтирования источника питания по переменной составляющей коллекторного (стокового) тока;
- - разделительный конденсатор, предназначенный для того, чтобы большое коллекторное (стоковое) напряжение не попадало на базу (затвор) транзистора следующего каскада;
- и - делитель напряжения источника коллекторного питания, определяющий рабочую точку на входной характеристике транзистора (иногда может отсутствовать, а его роль играют сопротивления и );
- - эмиттерное сопротивление, обеспечивающее температурную компенсацию коллекторного тока;
- - истоковое сопротивление, обеспечивающее автоматическое смещение рабочей точки на входной характеристике транзистора;
- ( ) – конденсатор, предназначенный для шунтирования сопротивления ( ) по переменной составляющей эмиттерного (истокового) тока;
- - сопротивление утечки, предназначенное для стекания паразитных зарядов, образующихся на затворе;
- ( ) – емкость коллектор – эмиттер (сток - исток) биполярного (полевого) транзистора;
- ( ) – емкость база – эмиттер (затвор - исток) биполярного (полевого) транзистора;
- - емкость монтажа (на схемах не указана).
Анализ работы усилителя рассмотрим на примере усилительного каскада на полевом транзисторе. Для упрощения анализа сделаем следующие допущения:
емкости конденсаторов и настолько велики, что их сопротивлениями для переменного тока можно пренебречь и считать, что переменное напряжение на истоке полевого транзистора и переменный потенциал на равны нулю;
амплитуда входного сигнала настолько мала, что рабочая точка входной характеристики полевого транзистора всегда находится на линейном участке.
Построим эквивалентную схему усилительного каскада на полевом транзисторе. Заменим транзистор источником напряжения μŮвх с внутренним сопротивлением , где μ – статический коэффициент усиления транзистора по напряжению. Тогда эквивалентная схема с учетом сделанных допущений примет вид, изображенный на рис.4.1.2.
Проведем анализ работы усилителя отдельно в области нижних, средних и высоких частот.
Работа усилителя в области нижних частот.
В области нижних частот можно пренебречь проводимостью по сравнению с проводимостью . Тогда эквивалентная схема усилителя примет вид, приведенный на рис.4.1.3.
Найдем комплексную передаточную функцию полученной схемы, воспользовавшись методом контурных токов.
Составим контурные уравнения:
;
; (4.1.1)
.
Решая эту систему уравнений, получим
, (4.1.2)
Откуда получим комплексную передаточную характеристику
. (4.1.3)
Амплитудно-частотная характеристика усилительного каскада в области нижних частот примет вид
. (4.1.4)
При ,
а при ,
. (4.1.5)
Зависимость в области нижних частот приведена на рис. 4.1.5 (область I).
Работа усилителя в области верхних частот.
В области верхних частот можно пренебречь сопротивлением по сравнению с сопротивлением . Тогда эквивалентная схема усилителя примет вид, приведенный на рис.4.1.4.
Найдем комплексную передаточную функцию полученной схемы, воспользовавшись методом контурных токов, которая будет определяться в виде:
, (4.1.6)
где . (4.1.7)
Подставляя (4.1.7) в (4.1.6), после несложных алгебраических преобразований, получаем комплексную передаточную характеристику усилителя в области высоких частот в виде:
, (4.1.8)
его амплитудно-частотная характеристика
. (4.1.9)
При ,
а при ,
. (4.1.10)
Зависимость в области верхних частот приведена на рис. 4.1.5 (область III).
Работа усилителя в области средних частот.
В области средних частот можно пренебречь проводимостью по сравнению с проводимостью и сопротивлением конденсатора по сравнению с сопротивлением резистора . Тогда эквивалентная схема усилителя примет вид, приведены на рис.4.1.6.
Найдем комплексную передаточную функцию полученной схемы, воспользовавшись методом контурных токов, которая будет определяться в виде:
, (4.1.11)
где . (4.1.12)
Подставляя (4.1.12) в (4.1.11), после несложных алгебраических преобразований, получаем комплексную передаточную характеристику усилителя в области средних частот в виде:
, (4.1.13)
т.е. в области средних частот постоянна и не зависит от частоты, а к соотношению (4.1.13) слева стремится - соотношение (4.1.4), а справа – - соотношение (4.1.9).
Зависимость в области средних частот приведена на рис. 4.1.5 (область II).