Обратная связь в усилителях

Глава 4

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ.

Классификация и основные характеристики усилителей.

Электронным усилителем называют устройство, предназначенное для

повышения мощности входных электрических сигналов. При этом усиление сигналов осуществляется с помощью усилительных элементов - транзисторов, обладающих управляющими свойствами.

Обобщенная схема усилительного каскада приведена на рисунке выше. Ко входу усилителя (зажимы1-2)подклю­чен источник входного сигнала с действу-ющим значе­нием ЭДС Е_н и внутренним сопротивлением R_H. Мало­мощный входной сигнал уп­равляет расходом энергии источника питания значи­тельно большего уровня мощности. Т.о., благодаря использованию управляющего элемента, например, биполярного транзистора и бо­лее мощного источника питания представляется воз­можность усиления мощности входного сигнала.

В выходной цепи усилителя действует усиленный сигнал, что отражено как источник напряжения KU_Bx с выходным сопротивлением R_вых. Внешняя нагрузка R_н подключена к выходу усилителя (зажи­мы 3-4).

По назначению различают усилители напряжения, тока и мощности.

В зависимости от характера изменения во времени входного сигнала различают усилители постоянного и переменного токов. Для усилителей постоянного тока характерно наличие усиления уже при нижней частоте f _н=0. В свою очередь, усилители переменного тока подразделяют на усилители низкой и высокой частот. Верхняя частота f_B низкочастотных усилителей ограни­чена десятками килогерц. Особую группу составляют импульсные усилители.

Если усиления одного усилительного элемента недоста­точно, то в качестве нагрузки R_H используют входную цепь второго усилительного элемента, выход которого подключается ко входу третьего элемента, и т. д. Усили­тель, содержа-щий несколько ступеней усиления, назы­вают многокаскадным. Т.о., по струк-туре различают однокаскадные и многокаскадные усилители, а по способу связи между каскадами — усилители с емкостной,трансформаторнойи непосредственной (гальванической) связями.

Характеристики усилителей:

1.Входное и выходное сопротивления;

2.Коэффициент усиления и к.п.д.;

3.Динамический диапазон(нелинейные искажения и уровень собственных шумов);

4.Частотная и фазовая характеристики.

Обратная связь в усилителях

Во многих случаях вторичные параметры усилителя не удовлетворяют поставленным требованиям в отношении стабильности усиления, значений входного и выходного сопротивлений, уровня линейных и нелинейных искаже-нийи т. д. Улучшить характеристики и параметры усили­теля можно с помощью обратной связи, т. е. искус­ственной цепи, по которой часть энергии с выхода усилителя направляется на его вход, изменяя режим входной цепи. При этом образуется замкнутый контур из усилителя и звена обратной связи— петля обратной связи. Различают одно-петлевую(рис. 4.1a) и много-петлевую (рис. 4.1, б) обратные связи.

Рис.4.1.Однопетлевая(а) и многопетлевая(б) обратные связи

Обратная связь может быть положительной и отрицательной: при полож-й напряжение обратной связиU_ocсовпадает по фазе с входным напряжением U_вхи к входной цепи прикладывается напряжениеU₁=U_вх+U_ос;приотриц-й напряжение обратной связи находится в противофазе с входным напряжением и к входной цепи прикладывается U₁=U_вх—U_oc.Наи­более распространенной является после­довательная отрицательная обратная связь по напряжению, в которой выходное напряжение усилителя через цепь обратной связи вновь подается на его вход последовательно с источником входного сигнала.

Величина, показывающая, какая часть выходного напряжения подается обратно на вход каскада, называется коэффициентом передачи цепи обратной связи β: β =U_ос/U_вых.