Усилители. Классификация и основные характеристики усилителей, страница 6

В ряде электронных схем применяется так называемый генератор тока – устройство, пропускающее («генерирующее») ток строго постоянной величины при изменяющихся напряжении питания и сопротивлении нагрузки. Нетрудно убедиться в том, что для этой цели пригоден тот же повторитель, например, эмиттерный с постоянным сопротивлением в цепи эмиттера (R_Э = const). Схема, показанная на рис. 3.22,а, полностью аналогична схеме стабилизатора напряжения (см. рис 3.21,а); напряжение на R_Э, а, следовательно, и ток через него, т.е. I_Э, постоянны. Это означает, что изменение в некоторых пределах R_н и (или) U_ип не сказываются значительным образом на величине I_К, так как I_Э = I_к + I_Б, а I_Б << I_к.

3.10. Усилительный каскад с последовательной по току

отрицательной обратной связью

Если из эмиттерной цепочки RC–каскада (рис. 3.7) исключить конденсатор, то в него будет введена последовательная по току отрицательная обратная связь (рис. 3.23). Пусть транзистор VT имеет крутизну передаточной вольт–амперной характеристики S, тогда коллекторный ток, вызванный входным сигналом, будет:

i_к  =  Su_вх  .                                                                                     (3.32)

Протекая через резистор R_к , этот ток создает выходное напряжение

u_вых  =  -R_кi_к  =  -R_кSu_вх                                                                                (3.33)

Здесь знак минус отражает тот факт, что с увеличением коллекторного тока понижается напряжение на коллекторе.

Так как

i_к  =  i_э - i_б      =  i_э ,  падение напряжения на R₃ (напряжение обратной связи)

        i_б<<i_э

u_b  =  R_эi_к  =  R_эSu_вх  .                                                                    (3.34)

По определению (3.26) коэффициент обратной связи

                                         (3.35)

По определению (3.28) коэффициент усиления усилителя с обратной связью

  ,                     (3.36)

где К =U_вых / U_вх = -R_кS  – коэффициент усиления исходного усилителя (до введения обратной связи).

3.11. Дифференциальный усилитель (ДУ)

Дифференциальный усилительный каскад представляет собой балансную усилительную схему (рис. 3.24), предназначенную для усиления только разности между двумя входными сигналами. При одинаковых транзисторах VT1 и VT2 (с одинаковой крутизной передаточной вольт–амперной характеристики S) и при R_к1 = R_к2, схема симметрична, коллекторные токи покоя (при u_н = u_и = 0) будут равны I_к1 = I_к2 = I₀ /2*⁾; соотношение сопротивлений резисторов R_к и R_э выбирают таким, чтобы при u_н = u_и = 0, выходное напряжение также было равно нулю (u_вых = 0).

При малых сигналах на входах (u_н , u_и < j_т) транзисторы работают в линейном режиме, поэтому анализ схемы проведем применяя принцип суперпозиции:

1)  при закороченном входе  u_и  транзистор VT2 с резистором R_к2 работает как усилительный каскад с общей базой, на вход которого через эмиттерную цепь транзистора VT1 поступает половина напряжения u_н (рис. 3.24,б); выходное напряжение

  ,                                                                          (3.37)

вход u_н – неинвертирующий;

2)  при закороченном входе u_н транзистор VT2 с R_к2 работает как инвертирующий усилитель с общим эмиттером, напряжение u_БЭ равно половине напряжения u_и (рис. 3.24,в), поэтому

  ,                                                                     (3.38)

т.е. вход u_и – инвертирующий;

3)  если сигнал поступает на оба входа одновременно, в соответствии с принципом суперпозиции выходное напряжение равно

  .                                      (3.39)

                                   (3.37)

                                   (3.38)

Половина разности напряжений на неинвертирующем и инвертирующем входах определяется как дифференциальная составляющая входного напряжения дифференциального усилителя:

(3.40)

Коэффициент усиления для дифференциального сигнала (3.40) равен

                                                                                                       (3.41)

  (3.39)

Если на оба входа дифференциального усилителя подать синфазное напряжение

  u_с = u_н = u_и  ,                                                                               (3.42)

то схема на рис. 3.24 будет работать как усилитель с последовательной отрицательной обратной связью по току. При этом выходное напряжение создается коллекторным током транзистора VT2 (i_к2 = Su_с)

  u_вых  =  - R_к2Su_с  .                                                                        (3.43)

Напряжение обратной связи создается суммой эмиттерных токов транзисторов VT1 и VT2 (i_Э1 + i_Э2) = 2i_Э » 2i_К = 2Su_с), согласно (3.34)

  u_b  =  2R_ЭSu_c   .                                                                           (3.44)

По определению (3.26) коэффициент обратной связи

(3.45)

(3.43)

(3.44)

Коэффициент усиления для синфазного сигнала согласно (3.28) равен

 

(3.46)

        (3.41)

        (3.45)

Одной из важных характеристик дифференциального усилителя является коэффициент ослабления синфазного сигнала

 

(3.47)

      (3.41)

      (3.46)

Этот коэффициент характеризует способность дифференциального усилителя усиливать дифференциальную компоненту входного сигнала (3.40) и ослаблять синфазную составляющую (3.42).

Коэффициент усиления синфазного сигнала в дифференциальном усилителе можно значительно уменьшить, если резистор R_Э (рис. 3.24) заменить источником тока (рис. 3.25). При этом дифференциальное сопротивление R_Э станет очень большим, а коэффициент усиления синфазного сигнала (3.47) уменьшится почти до нуля.

В общем случае входное напряжение дифференциального усилителя содержит как дифференциальную, так и синфазную компоненты. Тогда дифференциальная компонента определяется по формуле (3.40), а синфазная - как полусумма напряжений на неинвертирующем и инвертирующем входах:

 

(3.48)