Широкополосный усилитель переменного напряжения
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Рассмотрим схему широкополосного усилителя на сопротивлениях на рис. 6.15, который может усиливать сигнал в заданной полосе частот от  fН и  fВ .

 

Рис. 6.15.

Схема усилителя переменного напряжения.

 

 

Сопротивление R g и ёмкость C g  образуют цепь автоматического смещения, задача которой – задать постоянное напряжение на затворе.

Переходная ёмкость  CП включается только для того, чтобы отсечь постоянную составляющую на выходе. На рабочих частотах усилителя её импеданс обычно выбирают много меньше сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление генератора RГЕН обычно очень мало, и его можно не учитывать.

Нетрудно установить, что усилитель может описываться схемой с эквивалентным источником напряжения, изображённым на рис. 6.16. Удобство такой эквивалентной схемы состоит в том, что формально входная и выходная цепочки разнесены, и они могут рассчитываться отдельно. На эквивалентной схеме мы опустили сопротивление  RЗИ , полагая, что оно значительно превосходит  RЗ.

 

Рис. 6.16.

Эквивалентная схема усилителя с эквивалентным источником напряжения. Минус перед μ U ab означает только тот факт, что выходное напряжение противофазно входному.

 

        Входная цепь                       Выходная цепь

Ёмкость C1  во входной цепи позволяет не пропускать на вход усилителя частоты ниже fН , поскольку эта ёмкость вместе с сопротивлением R BX работает как делитель напряжения. Ёмкостью C BX   пока пренебрегаем.

R BX = RЗ· RЗИ / ( RЗ + RЗИ ). RЗИ  обычно много больше  RЗ .

Таким образом, меняя C1 (или RЗ), можно изменять нижнюю граничную частоту  fH . Манипулируя же частотными зависимостями импедансов в выходной цепи, можно дополнительно управлять частотной зависимостью коэффициента усиления на высоких частотах. Более подробный расчёт транзисторных схем сильно ограничен значительным разбросом параметров транзисторов.

Показанные пунктиром на схеме рис. 6.15 C BX и  CВЫХ являются паразитными ёмкостями, которые зависят от конструкции транзистора и геометрии монтажа – обычно их стараются сделать как можно меньше. Очевидно, что C BX шунтирует входное сопротивление на частотах выше    , что обычно нежелательно.

Аналогично CВЫХ  шунтирует сопротивление  на частотах выше                    ,

где  . В результате наличие этих паразитных ёмкостей ограничивает сверху полосу работы усилителя. С другой стороны, не всегда нужна широкая полоса усилителя, и её можно ограничить, добавляя дополнительную ёмкость, включённую параллельно CВЫХ . Иногда усилитель работает на ёмкостную нагрузку. Это тоже можно учесть в нашей схеме.

Для того, чтобы получить усилитель с заданными граничными частотами   fH и fВ на уровне 0.7 надо выбрать ёмкости и сопротивления следующим образом:

                                                                          (6.13)

 

Для других значений неравномерности можно вспомнить формулы (6.4) и (6.5):

 

 



Резонансный усилитель

 

Рассмотрим опять схему усилителя на рис. 6.14 и положим, что Z >> ZН , а импеданс ZН образован резонансным контуром, как показано на рис. 6.17. Тогда, используя (6.9 и 6.11), получим, что коэффициент усиления равен:

                                                                            (6.14)

где для простоты принято, что сопротивление контура ZH достаточно малό: ZH << RСИ . Мы видим, что зависимость коэффициента усиления практически повторяет зависимость импеданса контура.

 

 

Рис. 6.17.

Резонансный усилитель.

Замена сопротивления RН на резонансный контур с импедансом ZH приводит к резонансной зависимости коэффициента усиления.

 

 

Таким образом, получился резонансный усилитель. Меняя параметры контура, можно варьировать среднюю частоту и ширину полосы коэффициента усиления.

Заметим, что резонансный контур можно включать не только в цепь стока, но и в цепь затвора. Во всех этих случаях можно получить резонансную зависимость коэффициента усиления.

 

 

Обратные связи в усилителях

 

В усилителях часто используют обратные связи, чтобы реализовать нужные свойства. Два примера обратных связей по напряжению приведены на рис. 6.18.

Рассмотрим более подробно усилитель с последовательной по напряжению обратной связью, изображённый на рис. 6.18 слева. Пусть усилитель без обратной связи характеризуется коэффициентом усиления K, а цепочка обратной связи – коэффициентом передачи  β. Тогда имеем:

U AB = U BX + β UВЫХ  ,    U BX = U AB – β UВЫХ и    UВЫХ = K U AB .                              (6.15)

 

             Последовательная                    Параллельная

 

 

Рис. 6.18. Последовательная и параллельная обратная связь по напряжению.


Отсюда нетрудно найти коэффициент усиления  Kβ с обратной связью:

                                               (6.16)

Подчеркнём, что величины K = K(ω) и β = β(ω) зависят от частоты и в общем случае являются комплексными:

      

Если                       то                              Положительная обратная связь.      (6.17)

 

Если                       то                                 Отрицательная обратная связь.         (6.18)

 

В усилителях чаще применяется отрицательная обратная связь (6.18). При этом эффективный коэффициент усиления уменьшается, но расширяется частотная характеристика.

При β0 K0 >> 1 эффективный коэффициент усиления усилителя с сильной отрицательной обратной связью практически не зависит от первоначального коэффициента усиления K0 :

В случае (6.17) обратную связь называют положительной. Такая связь увеличивает эффективный коэффициент усиления, но частотная характеристика становится у́же.

Случай β0 K0 = 1 соответствует неустойчивости, который реализуется в генераторах электрических колебаний, и который мы рассмотрим ниже в разделе о генераторах.

 

 


Дата: 2018-12-28, просмотров: 205.