Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 10

Как реализовать ООС?  Чаще всего используются два варианта. Ставят сопротивление в эмиттерную цепь одного транзистора (или обоих). Получается «местная» ООС в отдельном каскаде. Однако, иногда желательно иметь ООС, охватывающую оба каскада. Тогда реализуют такой вариант, рис. 6.32. В первом каскаде организуется «местная» ООС за счёт . Это же сопротивление, вместе с сопротивлением , образует делитель, с которого дополнительно снимается часть выходного напряжения (другая цепь ООС). При этом, падение напряжения на сопротивлении  за счёт тока транзистора и  оказываются синфазными. Схема получается очень простая. Дальше будут ещё рассмотрены примеры усилителей с обратными связями.

6.4.5. Дифференциальный каскад.

Такой каскад имеет два независимых входа, рис. 6.33. Рассмотрим идеальный дифференциальный каскад, предполагая все элементы попарно одинаковыми (одинаковые транзисторы, ). Он должен усиливать лишь разность напряжений . Общее выходное напряжение . Входные напряжения всегда можно представить в виде линейной комбинации синфазного и дифференциального напряжений. . Тогда . В силу линейности, можно анализировать реакцию каскада на  и  отдельно.

Пусть , . Рассматриваем работу транзисторов независимо. Тогда мы должны считать, что в эмиттерную цепь каждого транзистора включено сопротивление , за счёт которого реализуется сильная ООС. В результате, имеем . Общее синфазное выходное напряжение . Коэффициент усиления синфазной составляющей .

Теперь пусть . Опять определяем усиление каждого транзистора отдельно. Но теперь обратной связи за счёт сопротивления  нет по следующей причине. Транзисторы одинаковы, работают в линейном режиме (малый сигнал) в противофазе. Если ток одного транзистора растёт, то ток другого уменьшается на ту же величину. Поэтому суммарный ток через сопротивление  не меняется, падение напряжения не меняется, обратной связи нет. Тогда , где  (без ОС). Коэффициент усиления дифференциальной составляющей . Таким образом, для идеального дифференциального каскада коэффициент ослабления синфазной составляющей, К_осс.

Реальные дифференциальные каскады реагируют и на синфазную составляющую входных напряжений, однако К_осс остаётся большим (10 ³ – 10 ⁴). Даже если мы будем снимать выходное напряжение с одного транзистора (), то и тогда К_осс. Проявляется роль . Чем больше это сопротивление, тем сильнее ООС для синфазной составляющей, тем больше К_осс. Дифференциальные каскады находят очень широкое применение, особенно в операционных усилителях.

6.5. Критерии устойчивости.

Для обычных усилителей используются отрицательные ОС, которые только улучшают устойчивость работы. Однако в следящих системах, не говоря уже о генераторах, широко используются и положительные ОС. Тогда анализ устойчивости системы становится обязательным.

Все критерии устойчивости базируются на расположении полюсов коэффициента передачи (или корней характеристического уравнения) на комплексной плоскости частоты. Будем, для определённости, говорить о плоскости . На этой плоскости полюса  устойчивой системы расположены строго в левой полуплоскости, .

Обычно считают, что усилитель без ОС и, тем более, пассивная цепь обратной связи, устойчивы. Анализу подлежит коэффициент передачи усилителя с ОС . Известен общий алгебраический критерий Рауса – Гурвица, который позволяет проверить условие устойчивости , не находя сами значения . Для проверки надо составить по определённому алгоритму определители из коэффициентов полинома в знаменателе  и определить только их знаки. Все они должны быть положительны. Для применения этого общего критерия нужно иметь явный вид полинома. Это не всегда удобно.