Повторитель напряжения.

Из однокаскадных усилителей наибольшее распространение получили повторители напряжения, повторители тока и усилители напряжения.

Повторителем напряжения называют усилитель с коэффициентом усиления по напряжению К_U = 1. Очевидно, что такие усилители не обеспечивают усиления по напряжению, но они имеют достаточно высокий коэффициент усиления по току, а следовательно по мощности. Повторители напряжения могут быть выполнены на транзисторах различных типов, электронных лампах и на операционных усилителях. Простейший повторитель напряжения (сл.79) наз. эмиттерным повторителем. Выходной сигнал в этой схеме снимается с эмиттера транзистора, что и определило приведенное название. Т.к. транзистор включен по схеме с ОЭ, то данный эмиттерный повторитель обеспечивает усиление по мощности, что особенно важно при использовании маломощных источников сигнала с большим внутренним сопротивлением. 

Наиболее качественный повторитель напряжения можно построить на операционном усилителе (сл.80). Коэффициент передачи для схемы повторителя , где А - коэффициент усиления операционного усилителя.      

Повторители тока

Повторителем тока наз. усилитель с коэффициентом передачи по току К_I=1. Такие повторители, не обеспечивая усиление по току, имеют достаточно высокий коэффициент усиления по напряжению, и, следовательно, по мощности. Повторители могут быть выполнены на транзисторах, лампах и операционном усилителе. Простейшая схема выполняется на биполярном транзисторе. Эта схема известна также как усилитель с общей базой или коллекторный повторитель (сл.81). Данная схема охвачена глубокой отрицательной обратной связью по току, поскольку выходной коллекторный ток полностью протекает через входную эмиттерную цепь. Благодаря этому повторитель тока по схеме с ОБ имеет очень низкое входное сопротивление.

Двухкаскадные усилители.

Двухкаскадными усилителями обычно наз. усилители, состоящие из двух усилительных элементов, связанных между собой внешними соединительными цепями. Наибольшее распространение получили две схемы: ОЭ-ОБ, называемая каскодным усилителем и дифференциальный каскад.

Каскодным усилителем называют усилитель, состоящий из усилителя с общим эмиттером и повторителя тока (сл82). На транзисторе Т1 выполнена схема усилителя с ОЭ. Коллекторной нагрузкой транзистора Т1 является транзистор Т2, включенный по схеме с общей базой, т.е. в режиме повторителя тока.

Дифференциальным усилителем называют усилитель, предназначенный для усиления разности двух входных сигналов. На входах данного усилителя могут действовать два вида сигналов: синфазные и противофазные. Первые подаются на оба входа одновременно, дифференциальные (противофазные) прикладываются между входами.

Активные фильтры.

Активный фильтр представляет собой четырехполюсник, содержащий пассивные RC-цепи и активные элементы: транзисторы, электронные лампы или операционные усилители. Активные фильтры обычно не содержат катушек индуктивности по следующим причинам: 1) катушки индуктивности имеют большие размеры и массу; 2) потери в катушках приводят к отклонению расчетных характеристик фильтра от реальных значений; 3) в катушках рассеивается большая мощность и т.д.

Пассивные частотные фильтры выполняются на LC- или на RC-цепях без применения усилительных активных элементов. Такие фильтры не требуют источников питания и имеют простое исполнение, однако они не обеспечивают хорошего разделения полосы пропускания от полосы затухания.

Активные фильтры можно разделить на группы по различны признакам: назначению, полосе пропускаемых частот, типу усилительных элементов, виду обратных связей и др.

По полосе пропускаемых частот фильтры делятся на четыре основных группы: нижних частот, верхних частот, полосовые и заграждающие. Фильтры нижних частот пропускают сигналы от нулевой частоты до некоторой предельной частоты, называемой частотой среза фильтра (рис. а). Фильтры верхних частот пропускают сигналы, начиная с частоты среза и выше (рис. б). Полосовые фильтры (рис.в) пропускают сигналы в некоторой полосе частот от f₁ до f₂, а заграждающие фильтры имеют характеристику, противоположную полосовым, и пропускают сигналы с частотой ниже f₁ и выше f₂ (рис.г) (сл83).

А                              А                            А                              А

   f_С                               f_С                        f₁  f₂                      f₁   f₂

а                                   б                               в                                 г

По назначению фильтры делятся на сглаживающие фильтры источников питания, задерживающие фильтры помех, фильтры для селективных усилителей низкой и высокой частоты и др.

По типу усилительных элементов можно выделить транзисторные фильтры, фильтры на усилителях с ограниченным усилением, на операционных усилителях, на повторителях напряжения и т.д. Все рассмотренные фильтры могут иметь одну цепь обратной связи или несколько. В связи с этим различают фильтры с одноконтурной и с многоконтурной обратной связью.

Схема активного фильтра нижних частот на ОУ с одноконтурной обратной связью   (СЛ84). На низких частотах (и на постоянном токе) фильтр имеет коэффициент усиления, который описывается следующим выражением: (СЛ85)

При увеличении частоты входного сигнала напряжение на выходе уменьшается по двум причинам. Во-первых, уменьшается напряжение на неинвертирующем входе (т.е. на емкости С₂) из-за уменьшения сопротивления емкости С₂. Во-вторых, уменьшается напряжение U_А из-за того, что сопротивление емкости С₁ уменьшается и через эту емкость с выхода усилителя в точку «а» подается ток, который значительно сдвинут по фазе относительно напряжения U_ВХ.

Схема фильтра верхних частот на переключаемых конденсаторах (СЛ86). Коэффициент усиления данного фильтра на высоких частотах равен К. Переключаемый конденсатор - это своего рода дозатор, передающий строго определенные заряды из одной электрической цепи в другую. Для пояснения работы дадим упрощенную схему (СЛ87). Ключи К₁ и К₂ работают в противофазе, т.е. когда ключ К₁ замкнут, ключ К₂ разомкнут, и наоборот. После замыкания первого ключа конденсатор накапливает заряд U_ВХС, получая его от источника входного напряжения. После замыкания второго ключа конденсатор отдает указанный заряд в цепь этого ключа. Чем чаще будут переключаться ключи, тем больший заряд в единицу времени будет передаваться в указанную цепь, т.е. тем больше будет среднее значение тока i. Использование переключаемого конденсатора позволяет изменять среднее значение тока путем изменения частоты переключения.

Активные фильтры на переключаемых конденсаторах имеют следующие достоинства:

· они достаточно дешевые, так как при их изготовлении используется относительно простая технология

· их легко перестраивать на другие частоты, для чего достаточно изменять частоту переключения.

       Рассмотренные фильтры могут составлять основу фильтров Баттерворта, Чебышёва, Бесселя или фильтров другого типа в зависимости от параметров резисторов R₁ и R₂ и конденсаторов C₁ и C₂.