Усилители. Классификация и основные характеристики усилителей, страница 5

По способу присоединения цепи обратной связи ко входу усилителя различают последовательную (рис. 3.16,а,б) и параллельную (рис. 3.16,в,г) обратные связи. Способы подключения цепи обратной связи к выходу усилителя позволяют получить связь по току (3.16,б,г) или напряжению (рис. 3.16,а,в).

Введение в усилитель обратной связи существенно изменяет его основные характеристики.

Коэффициент усиления усилителя возрастает при положительной обратной связи и уменьшается при отрицательной. Особый интерес представляет случай, когда усилитель с большим исходным коэффициентом усиления К охвачен глубокой отрицательной обратной связью. Тогда из (3.28) имеем:

  .                                                     (3.29)

Таким образом, усиление подобного рода устройств почти не зависит от характеристик активных элементов, а полностью определяется параметрами цепи обратной связи. Так как цепь обратной связи состоит только из пассивных элементов, которые сравнительно легко сделать высокостабильными, то коэффициент усиления при этом будет стабильным.

Легко показать, что отрицательная обратная связь расширяет полосу пропускания исходного усилителя, т. е. в (1 - bК) раз снижает нижнюю граничную частоту и повышает верхнюю (рис. 3.17).

Введение в усилитель последовательной по току или по напряжению отрицательной обратной связи увеличивает его входное сопротивление, а параллельной – уменьшает в (1 - bК) раз.

Отрицательная обратная связь по напряжению (параллельная или последовательная) уменьшает исходное (без о.с.) значение выходного сопротивления, а по току – увеличивает в (1 – bК) раз.

Усилители с отрицательной обратной связью обязательно исследуют на устойчивость против самовозбуждения. Суть этого исследования сводится к тому, что усилитель с обратной связью будет работать устойчиво, если ни при каких условиях его использования знаменатель в формуле (3.28) не обращается в нуль.

3.9. Повторители напряжения

Усилителями с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению являются катодный, эмиттерный и истоковый повторители (рис. 3.18, а–в). У каждого из них полная величина выходного напряжения приложена ко входу усилителя с противоположным знаком, поэтому коэффициент обратной связи b = –1 (100%-ная отрицательная обратная связь). Коэффициент усиления повторителя в соответствии с (3.28) равен:

К_повтор  =  К / (1 + К)  ,                                                                  (3.30)

а так как коэффициент усиления К усилительных элементов составляет величину  ~50…100 и даже более, то с хорошим приближением можно считать, что

К_повтор   1  .                                                                                             (3.31)

Важнейшее свойство повторителей напряжения – большое входное сопротивление (обусловлено последовательной о.о.с.) и малое выходное сопротивление (обусловлено о.о.с. по напряжению).

Передача на выход входного сигнала при большом входном и малом выходном сопротивлениях обусловила широкое применение повторителей в электронных системах. Прежде всего повторители служат в качестве элемента согласования большого выходного сопротивления измерительных преобразователей различных физических величин в электрические сигналы с приемниками этих сигналов. Преобразователь при этом нагружен постоянным большим входным сопротивлением повторителя, а выходное напряжение преобразователя воспроизводится на низкоомном выходе повторителя.

Повторители напряжения по схемам на рис.3.18,а–в (верхний ряд) могут передавать только положительные напряжения, превышающие некоторый минимальный уровень. Для передачи двухполярных напряжений питание повторителей необходимо осуществлять от расщепленного источника напряжения  +U_ип и  -U_и.п  .  Повторители же по схемам на рис. 3.18, а–в (нижний ряд) пригодны только для передачи переменных напряжений. Кроме того, имеющиеся на их входах резисторы снижают входное сопротивление.

Последний недостаток можно преодолеть применением схемы со следящей связью (рис. 3.19). Резисторы R₁–R₃ обеспечивают режим транзистора VT по постоянному току. Емкость конденсатора С₂ выбирается из условия 1/w_н С₂<< R₃, где w_н – нижняя граничная частота в спектре передаваемого сигнала. Омическое входное сопротивление (сопротивление между базой транзистора и землей) схемы на рис. 3.19 равно 10,1 кОм. Однако для переменного напряжения источника сигнала входное сопротивление не равно сопротивлению постоянному току. Так как коэффициент передачи эмиттерного повторителя близок к 1, то u_вых u_Г . Выходное напряжение u_вых через емкость С₂ приложено к резистору R₃ , ко второму выводу которого прикладывается напряжение u_Г . Разность потенциалов на резисторе R₃ равна u_г – u_вых  0, через этот резистор протекает пренебрежимо малый ток, а сопротивление нагрузки на источник сигнала практически равно входному сопротивлению базовой цепи собственно эмиттерного повторителя (VT, R₄), которое в данном конкретном случае  ~ 100 кОм.

Очень большое входное сопротивление имеет эмиттерный повторитель по схеме Дарлингтона (рис. 3.20), которую можно рассматривать как двухкаскадный эмиттерный повторитель.

Эмиттерный повторитель применяется в схемах стабилизаторов напряжения: на его выходе может «повторяться» стабильное напряжение источника малой мощности. На рис. 3.21,а на шине  +U_ип – положительное нестабилизированное напряжение (например, от выпрямителя с LC– или RC–фильтрами). Резистор R1 и стабилитрон VD образуют стабилизатор напряжения, выход которого подключен ко входу эмитерного повторителя. Выход повторителя является источником стабильного напряжения: изменение в некоторых пределах R_н и U_ип лишь весьма незначительно влияет на величину U_ст. На рис. 3.21,б показана схема аналогичного стабилизатора отрицательного напряжения.