Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 15

В этой схеме повторителя роль обычного сопротивления  играет комплементарный (дополнительный, ) управляемый транзистор, рис. 6.42. На базы обоих транзисторов подаётся одно напряжение , но транзисторы работают в противофазе, как в двухтактном каскаде, за счёт разного типа транзистров ( и ). Такая схема обеспечивает малое выходное сопротивление и даёт меньшие нелинейные искажения, т.к. общее изменение тока в нагрузке определяется уже двумя транзисторами. В качестве выходных мощных транзисторов часто используются составные транзисторы, рис. 6.42б. Обе схемы ведут себя, как один транзистор с очень большим значением параметра  (порядка   10 ³). Малые сопротивления  и  в эмиттерных цепях транзисторов играют вспомогательную роль, ограничивая токи транзисторов, когда они входят в состояние насыщения.

В полной мере преимущества двухтактной схемы реализуются, если питать такой повторитель от двух источников, как указано на рис. 6.43. Теперь каждый транзистор работает от своего источника, независимо. Один может быть заперт, другой открыт. Постоянные составляющие токов транзисторов текут в нагрузке в разные стороны (вычитаются), а переменные складываются. В этом случае можно сбалансировать каскад, реализовав условие . Тогда постоянная составляющая выходного напряжения исчезнет. Никакого конденсатора в цепи нагрузки не надо (нет дифференцирующей цепочки). Нет проблем с подключением нагрузки (один вывод нагрузки может быть «заземлён»). Выходное сопротивление может быть сделано достаточно малым, поэтому согласующий трансформатор не нужен. Благодаря таким явным преимуществам, последняя схема получила чрезвычайно широкое применение во многих устройствах (усилители мощности в бытовой радиоаппаратуре, выходные каскады операционных усилителей и др.). Существуют готовые микросхемы таких усилителей.

6.8. Операционные усилители (ОУ).

Это готовые многофункциональные усилители постоянного тока, хорошего качества, с большим собственным коэффициентом усиления . Обычно ОУ имеют дифференциальный вход, т.е. фактически два входа. Один вход называется неинвертирующим (обозначается на схемах знаком «+»), другой - инвертирующим (знак «» или маленький кружочек). Тогда . На схемах ОУ обозначаются треугольником, как показано на рис. 6.45. Все вспомогательные цепи, обеспечивающие нормальную работу ОУ (питания, коррекции, балансировки и пр.), на схемах обычно не приводятся.

Часто используется понятие идеального ОУ. Для него полагают: собственный коэффициент усиления ; сопротивления входов ; выходное сопротивление ; полоса пропускания бесконечна, ; усилитель реагирует только на разность напряжений . Реальные параметры ОУ очень сильно различаются. Приведём для оценок некоторые усреднённые:  (маломощные ОУ); полоса пропускания от  до  гц (без внешних ОС); коэффициент ослабления синфазной составляющей .

Не будем анализировать внутреннюю структуру ОУ. Они представляют довольно сложные устройства, и совсем не обязательно в этом разбираться. Надо уметь ими пользоваться. Отметим три обстоятельства, существенные для понимания и правильного использования ОУ.

1. Режимы работы ОУ. Поскольку значение  велико, а выходное напряжение ограничено, то дифференциальное напряжение на входе должно быть маленьким (порядка  в и меньше). Только тогда ОУ будет работать нормально без искажений, как линейный усилитель. В противном случае он начинает ограничивать сигнал и входит в режим «насыщения». Пусть . Тогда типичная форма выходного напряжения для малого и большого сигналов изображена на рис. 6.44.

Выходной каскад ОУ обычно представляет собой двухтактный эмиттерный повторитель, обеспечивающий малое выходное сопротивление. Простейший вариант такой схемы мы уже обсуждали, рис. 6.42. Здесь только нет конденсаторов, дифференцирующих цепочек. Два комплементарных (npn иpnp) транзистора работают в противофазе. Когда на входе ,  обычно составляет примерно половину . Пока изменения входных напряжений малы, ОУ работает как линейный усилитель. Когда изменения  выходят за пределы линейности, один из двух выходных транзисторов (в зависимости от знака ) входит в режим насыщения, и выходное напряжение становится или очень малым  (  ), или близким к  (). Эти два состояния и называют состояниями насыщения ОУ, а соответствующие напряжения   и  - уровнями насыщения. При этом ОУ не реагирует на изменения входных напряжений. Он сам выйдет из состояния насыщения, когда  станет маленьким.