- •1. АЭУ. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
- •1.1. Назначение, область применения, классификация аналоговых
- •1.2. Усилитель как основной элемент АЭУ
- •1.3. Классификация усилителей
- •1.4. Параметры усилителей
- •1.4.1. Выходные и входные данные
- •1.4.2. Коэффициенты усиления
- •1.4.3. Частотная и фазовая характеристики
- •1.4.4. Переходная характеристика
- •1.4.5. Линейные искажения
- •1.4.7. Помехи и собственные шумы в АЭУ
- •1.4.8. Амплитудная характеристика
- •1.4.9. Нелинейные искажения
- •1.4.10. Потребляемая мощность и коэффициент полезного действия
- •2. УСИЛИТЕЛЬ (АЭУ) КАК ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИК
- •2.1. Основные определения
- •2.1.1. Четырехполюсники, их параметры и эквивалентные схемы
- •2.1.2. Определение показателей усилителя через параметры
- •2.2. Использование обратной связи в АЭУ
- •2.2.1. Виды обратной связи
- •2.2.2. Использование параметров четырехполюсника для описания
- •2.2.3. Коэффициент петлевого усиления и глубина обратной связи
- •2.2.4. Влияние обратной связи на коэффициент сквозного усиления
- •2.2.6. Влияние обратной связи на стабильность усилителя
- •3. РАБОТА АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА В УСИЛИТЕЛЬНОЙ СХЕМЕ
- •3.1. Схемы включения биполярных транзисторов
- •3.1.2. Включение биполярного транзистора по схеме с общей базой
- •3.2. Схемы включения полевых транзисторов
- •3.2.1. Общие сведения
- •3.2.2. Включение полевого транзистора по схеме с общим истоком
- •3.2.3. Включение полевого транзистора по схеме с общим затвором
- •3.2.4. Включение полевого транзистора по схеме с общим стоком
- •3.3. Режимы работы активных элементов
- •3.3.1. Общие положения
- •3.3.2. Режим А
- •3.3.3. Режим В
- •3.3.4. Режим С
- •3.3.5.Режим D
- •3.4. Цепи питания активных элементов
- •3.4.1. Общие положения
- •3.4.2. Подача смещения фиксированным током базы
- •3.4.3. Подача смещения фиксированным напряжением базы
- •3.4.4. Эмиттерная стабилизация
- •3.4.5. Коллекторная стабилизация
- •3.4.7. Цепи питания полевых транзисторов
- •4. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Транзисторный резисторный каскад
- •4.2.1. Частотная характеристика. Область средних частот
- •4.2.2. Частотная характеристика. Область нижних частот
- •4.2.3. Частотная характеристика. Область верхних частот
- •4.3. Резисторный каскад на полевом транзисторе
- •4.3.1. Принципиальная и общая эквивалентные схемы
- •4.3.2. Частотная характеристика. Область средних частот
- •4.3.3. Частотная характеристика. Область нижних частот
- •4.3.4. Частотная характеристика. Область верхних частот
- •4.4. Широкополосные каскады и коррекция частотных характеристик
- •4.4.1. Общие положения
- •4.4.2. Влияние цепи RЭ,CЭ (RИ,CИ) на работу резисторного каскада
- •4.4.3. Высокочастотная индуктивная коррекция
- •4.4.4. Низкочастотная коррекция
- •4.5. Трансформаторный каскад
- •4.5.1. Эквивалентная схема трансформатора
- •4.5.3. Поведение трансформаторного каскада в области низких частот
- •4.5.4. Поведение трансформаторного каскада в области высоких частот
- •4.6. Специальные схемы каскадов предварительного усиления
- •4.6.1. Каскодный усилитель
- •4.6.2. Усилитель с распределенным усилением
- •4.6.3. Повторители напряжения с улучшенными характеристиками
- •4.6.4. Дифференциальный каскад
- •4.6.5. Усилитель с динамической нагрузкой
- •5. КАСКАДЫ МОЩНОГО УСИЛЕНИЯ
- •5.1. Общие сведения
- •5.2. Однотактные усилители мощности
- •5.3. Двухтактные усилители мощности. Общие сведения
- •5.4. Двухтактная схема усилителя мощности
- •5.5. Бестрансформаторные усилители мощности
- •6. УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
- •6.1. Основные свойства усилителей постоянного тока
- •6.2. Усилители постоянного тока прямого действия
- •6.3. Усилители постоянного тока с преобразованием
- •6.4. Реактивные усилители
- •7. УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
- •7.1. Устойчивость усилителей с обратной связью
- •7.2. Критерий устойчивости Найквиста
- •7.3. Многокаскадные усилители с обратной связью
- •7.5. Паразитные обратные связи и борьба с ними
- •8.1. Общие положения
- •8.2. Основные параметры ОУ
- •8.3. Основные схемы включения ОУ с ООС
- •8.3.1. Инвертирующий усилитель
- •8.3.2. Неинвертирующее включение ОУ
- •8.3.3. Инвертирующий сумматор сигналов
- •8.3.4. Интегрирующий усилитель
- •8.3.5. Активные фильтры на базе ОУ
- •8.3.6. Логарифмирующий и антилогарифмирующий усилители
- •9. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ
- •9.1. Общие положения
- •9.2. Регулировка усиления
- •9.3. Регулировка тембра
- •9.3.1. Общие положения
- •9.3.2. Пассивные регуляторы тембра
- •9.3.3. Активные регуляторы тембра
показывает, что эти характеристики будут отличаться друг от друга только численными значениями.
Такой же вывод можно сделать и в отношении переходных характеристик для области больших и малых времен, так как фазовые частотные и переходные характеристики жестко связаны между собой.
4.4. Широкополосные каскады и коррекция частотных характеристик
4.4.1. Общие положения
Под коррекцией частотных характеристик понимают действия, направленные на придание им специальной формы. Это могут быть в первую очередь действия, направленные на расширение частотной характеристики в область верхних и нижних частот. В других случаях на частотной характеристике приходится искусственно создавать подъем или спад с заданной крутизной в определенной области частот. Необходимые изменения частотной характеристики могут достигаться двумя способами: введением частотно-зависимой обратной связи или использованием частотно-зависимой нагрузки. Эмиттерная (истоковая) высокочастотная коррекция направлена на расширение частотной характеристики в область верхних частот и осуществляется за счет частотно-зависимой отрицательной обратной связи по току, последовательной по входу, создаваемой сопротивлением в цепи эмиттера RЭ (истока RИ) и подключенной параллельно ему сравнительно небольшой емкостью СЭ (СИ). Параллельная, последовательная и сложная высокочастотная коррекции также направлены на расширение частотной характеристики, но используют для этого частотные свойства нагрузки.
4.4.2 Влияние цепи Rэ,Cэ (Rи,Cи) на работу резисторного каскада
Сопротивление в цепи эмиттера так же, как и в цепи истока, ставится для задания рабочей точки и поддержания ее стабильности при воздействии различных дестабилизирующих факторов. Ранее уже было показано, что эти сопротивления приводят к появлению отрицательной обратной связи по току,
153
последовательной по входу, которая может значительно уменьшить (в F раз) коэффициент сквозного усиления (3.68).
|
RЭ(1+h21) |
|
С1 |
Б rБ' |
Б' |
R1 |
Cэ |
|
u1 |
1 + h21 |
С0 uБ'Э |
RБ |
|
rБ'Э |
Е1 |
|
|
|
Э |
|
Рис. 4.18
Для анализа влияния RЭ,CЭ на частотную характеристику каскада пересчитаем сопротивление ZЭ, состоящее из параллельного соединения RЭ и CЭ, в базовую цепь и рассмотрим эквивалентную схему рис. 4.18. Пересчет сопротивления ZЭ из эмиттерной цепи в базовую осуществляется умножением этого сопротивления на 1 + h21 (4.3). При этом сопротивление RЭ возрастает, а емкость СЭ уменьшается в 1 + h21.
Согласно второму закону Кирхгофа входное напряжение u1 (при условии, что С1→∞) будет распределяться по элементам последовательной цепи, состоящей из пересчитанных во входную цепь RЭ,СЭ, сопротивления rБ' и параллельного соединения С0 и rБ'Э. Напряжение uБ'Э, управляющее транзистором, а, следовательно, и коэффициент усиления каскада будут зависить от частотнозависимого сопротивления параллельного соединения элементов СЭ,RЭ.
На рис. 4.19, а представлена частотная характеристика каскада без обратной связи (RЭ = 0), ограниченная частотами fН (4.22) и fВ (4.31). При введении частотно-независимой ОС (RЭ ≠ 0, CЭ = 0) коэффициент усиления уменьшается, и изменяются граничные частоты. Нижняя граничная частота уменьшается, т.к. возрастает RВХТ (4.2), и соответственно растет входное сопротивление каскада RВХ (4.5). Естественно, рост входного сопротивления каскада ограничен величиной сопротивления RБ, поэтому при малых значениях RБ входное сопротивление изменяется незначительно и fН уменьшается слабо. Под влиянием от-
154
рицательной обратной связи верхняя граничная частота увеличивается (см рис. 4.19, б) примерно в F раз (3.68).
K |
|
|
|
|
Для |
дальнейшего |
рассмотрения |
|
|
|
|
примем С1 → ∞, СЭ≠0. В этом случае |
|||||
|
|
|
|
|
||||
К0 |
|
|
|
|||||
|
|
|
частота fН стремится к 0, и можно счи- |
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
тать, что емкость С1 не влияет на частот- |
|||
|
|
|
|
|
ную |
характеристику. |
Эквивалентная |
|
fН |
fВ |
f |
схема |
при |
этом несколько упростится |
а(рис. 4.20). На этой схеме источник сиг-
KF |
|
|
нала заменен эквивалентным генерато- |
|
|
|
ром ЭДС Е' и внутренним сопротивлени- |
||
|
|
К0F |
|
|
|
|
|
ем R', равным параллельному соедине- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
нию сопротивлений R1 и RБ. |
fНF |
fВF |
На очень низких частотах сопро- |
||
|
бтивление емкости Сэ стремится к беско-
K |
|
|
|
нечно большой величине, ток через нее |
||
|
|
|
практически не протекает, и частотная |
|||
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|||
|
|
|
характеристика для этой области частот |
|||
1 |
|
2 |
|
|
||
КF |
|
|
|
|
|
не отличается от приведенной на рис. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
4.19, б для усилителя с обратной связью. |
fНF f1 f2 |
fВ |
|
f С ростом частоты сопротивление емко- |
|||
|
|
|
|
|
в |
сти Сэ уменьшается, ток, протекающий |
|
|
|
|
|
от источника сигнала через параллельное |
|
|
|
|
|
|
|
соединение RЭ,CЭ и вход транзистора, возрастает, растет входное напряжение и соответственно увеличивается коэффициент усиления. Частотная характеристика приобретает подъем на данном участке (частота f1 на рис. 4.19, в), который будет продолжаться до тех пор, пока сопротивление емкости Сэ не превратится в короткое замыкание по сравнению с остальной цепью (частота f2 на рис.4.19, в), подключенной к зажимам емкости (обратная связь полностью исчезнет).
Таким образом, частота f1 (на этой частоте глубина частотно-зависимой обратной связи начинает уменьшаться) может быть определена из равенства сопротивлений RЭ и емкости CЭ, а частота f2 (обратная связь исчезает совсем) -
155
из равенства сопротивления емкости СЭ и сопротивления всей цепи, подключенной к ней:
Частотная характеристика для этого случая представлена на рис. 4.19, в. Не трудно видеть, что при изменении величины емкости СЭ участок характеристики между частотами f1 и f2 будет перемещаться параллельно самому себе вдоль оси частот (кривые 1 и 2). Изменение сопротивления RЭ также приведет к изменению частот f1 и f2 и к изменению перепада между уровнями К и КF (рис. 4.19, в), так как при этом будет меняться глубина обратной связи. Для получения равномерной частотной характеристики в области низких частот величину емкости Сэ следует выбирать таким образом, чтобы частота f2 не превышала частоту fНF (4.22).
|
|
|
|
|
|
Rэ(1+h21) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
rб' |
|
|
|
Б' |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
R' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cэ |
|
|
rб'э |
|
|
|
|
|
Co |
Uб'э |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + h21 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
E' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.4.20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1+h21 |
= R |
|
(1+ h21), |
f = |
1 |
|
|
|
|
|
, |
|
(4.62) |
||||||||||||||||||
|
|
2πC |
|
|
R |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
ω C |
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
Э |
Э |
|
||||||||||
|
|
|
1 Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
1+ h21 = R , |
R |
= |
RЭ(1+h21 )(R′+h11 ) |
, |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
ω2CЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R′+R Э(1+h21 )+h11 |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
R′ = |
R БR1 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
f2 = |
1+h21 |
|
|
. |
|
|
(4.63) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2πCЭR |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
R Б +R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Цепь CЭ, RЭ очень часто используется в качестве высокочастотной коррекции для расширения частотной характеристики. В этом случае величина
156