Усилители. Классификация и основные характеристики усилителей, страница 4

Эффект Миллера отсутствует в усилителях с общей базой (сеткой). На рис. 3.12 приведен пример такой схемы. Происходящее под действием входного напряжения u_вх изменение заряда q проходной емкости С_эк описывается следующим соотношением:

.            (3.19)

Этот усилитель неинвертирующий, поэтому при К > 1 эффективная входная емкость не только не возрастает за счет С_кэ, а даже уменьшается.

Схему с общей базой обычно применяют в широкополосных и в резонансных усилителях. В схеме с общей базой транзистор имеет очень большое выходное сопротивление r_к. Существенным недостатком каскада с общей базой является очень малое входное сопротивление.

3.6. Каскодная схема усилителя

Каскодный усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 3.13,а, представляет собой объединение двух усилительных каскадов. Активные элементы обоих каскадов (транзисторы VT1 и VT2) обычно одинаковые. Первый каскад построен на транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером. Коллекторной нагрузкой транзистора VT1 служит эмиттерное сопротивление транзистора VT2. Коэффициент усиления первого каскада равен:

  .                                                               (3.20)

Переменная составляющая напряжения на коллекторе транзистора VT1 равна по модулю входному напряжению, поэтому эффект Миллера здесь только удваивает емкость С_БК . Второй каскад построен на транзисторе VT2 по схеме с общей базой, в которой эффект Миллера полностью отсутствует. Общий коэффициент усиления по напряжению ненагруженного каскодного усилителя на рис. 3.13,а равен К = -SR₄. Итак, каскодный усилитель обладает достоинствами усилителя с общим эмиттером (большое входное сопротивление) и усилителя с общей базой (большое выходное сопротивление активного элемента и отсутствие эффекта Миллера).

3.7. Избирательные усилители

Избирательные усилители служат для усиления сигналов в заданной полосе частот. Основные параметры избирательного усилителя: максимальный коэффициент усиления К₀ ; частота максимального усиления f₀; полоса пропускания Df_0,7 и избирательность, которая определяется крутизной склонов частотной характеристики.

Для количественной оценки избирательности вводят коэффициент прямоугольности частотной характеристики:

   f_0,7

К_П  =  -------------------------------------------------------------     .          (3.21)

 Ширина полосы, соответствующая заданному

 ослаблению выходного сигнала относительно

 максимального уровня

Так, например, при ослаблении в 10 раз:

   .                                                                      (3.22)

Различают резонансные и полосовые избирательные усилители. Каскад простейшего резонансного усилителя состоит из активного элемента, нагрузкой которого является одиночный резонансный контур(рис. 3.14,а). Частотная характеристика такого каскада определяется свойствами контура и, как это видно из эквивалентной схемы рис. 3.14,б, шунтирующими его сопротивлениями активного элементами R_i и нагрузки R_н . Шунтирование уменьшает добротность контура, поэтому избирательность такого усилителя ниже избирательности входящего в такую схему контура.

Коэффициент усиления:

К =  - S Z^/   ,                                                                                  (3.23)

где S - крутизна характеристики активного элемента, а Z^/ - эквивалентное сопротивление включенного в схему контура, связанное с сопротивлением Z самого контура очевидным соотношением (см. рис. 3.14,б):

  .                                                                           (3.24)

Основное достоинство резонансных усилителей – возможность перестройки частоты максимального усиления при помощи конденсатора переменной емкости.

3.8. Обратная связь в усилителях

Обратная связь представляет передачу выходного сигнала усилителя на его вход.

Наиболее часто используется отрицательная обратная связь, при которой полярность подводимого ко входу напряжения обратной связи противоположна полярности напряжения входного сигнала. Отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления, но при этом уменьшаются также частотные и нелинейные искажения и стабилизируются характеристики усилителя.

При положительной обратной связи полярность напряжения входного сигнала и полярность напряжения обратной связи одинаковы. Это приводит к возрастанию коэффициента усиления при снижении стабильности работы схемы. При некотором уровне положительной обратной связи усилитель вообще не имеет устойчивого состояния и превращается в генератор электрических колебаний.

Структурная схема усилителя с обратной связью показана на рис. 3.15. Пассивная электрическая цепь, через которую сигнал с выхода усилителя подается на его вход, называется цепью обратной связи. Усилитель вместе с цепью обратной связи образует замкнутый контур, именуемый петлей обратной связи. Ту часть схемы, которая из напряжения генератора (u_г) и напряжения обратной связи (u_b) вырабатывает управляющее активным элементом усилителя напряжение u_вх называют суммирующим узлом.

Коэффициенты усиления усилителя без обратной связи (К) и с обратной связью (К_ос) определяются соответственно:

K = U_вых / U_вх ,   К_ОС = U_вых / U_r   .                                                                 (3.25)

Коэффициент передачи цепи обратной связи, называемый чаще коэффициентом обратной связи:

      .                                                                      (3.26)

Напряжение на выходе усилителя на рис. 3.15:

  ,                        (3.27)

откуда:

  .                                                (3.28)

Т. е. коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью, изменяется в  (1 - bК) раз по сравнению с исходным. Если модуль К_ос больше модуля К, то обратная связь называется положительной, если модуль К_ос меньше модуля К, то обратная связь называется отрицательной.

Величину (1 - bК) называют глубиной обратной связи, произведение bК – петлевым усилением.