- •2. Аналоговые электрические устройства
- •2.1. Общие сведения. Классификация и основные характеристики усилителей.
- •2.1.1. Общие сведения об усилителях.
- •2.1.2. Классификация усилителей.
- •2.1.3. Основные характеристики усилителя
- •2.1.3.1. Коэффициент усиления
- •2.1.3.3 Входное и выходное сопротивления
- •2.1.3.4. Искажение сигналов в усилителе
- •2.1.3.5. Переходные характеристики
- •2.1.4 Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя.
- •2.1.5. Математическое описание усилительных устройств
- •2.1.6. Представление передаточной функции элементарными звеньями
- •2.1.7. Частотные характеристики усилительных устройств
- •2.2. Обратные связи. Понятие устойчивости.
- •2.2.1. Обратная связь
- •2.2.2. Влияние цепи обратной связи на основные характеристики усилительного устройства
- •2.2.2.1. Коэффициент усиления
- •2.2.2.2. Полоса усиливаемых частот
- •2.2.3. Понятие об устойчивости усилителя
- •2.2.3.1. Частотный критерий устойчивости
- •2.2.3.2. Алгебраический и фундаментальный критерии устойчивости
- •2.3. Усилительные каскады на транзисторах.
- •2.3.1. Принцип работы усилителей.
- •2.3.2. Токи покоя и напряжения покоя в усилительных каскадах
- •2.3.3. Понятие о классах усиления усилительных каскадов
- •2.3.3.1. Класс усиления а
- •2.3.3.2. Класс усиления в
- •2.3.3.3. Класс усиления ав
- •2.3.3.4. Класс усиления с и d
- •2.3.3.5. Методы стабилизации рабочей точки
- •2.3.4. Каскад с последовательной отрицательной обратной связью по току нагрузки
- •2.3.5. Каскад с параллельной отрицательной обратной связью по выходному напряжению
- •2.3.6. Формирование частотной характеристики каскадов с цепями оос
- •2.3.7. Усилительный каскад по схеме с общим истоком
- •2.3.7.1 Основные параметры каскада усилителя на полевом транзисторе
- •2.3.8. Эмиттерный и истоковый повторители.
- •2.4. Каскады предварительного усиления
- •2.4.1 Условия работы каскадов предварительного усиления
- •2.4.1.1. Требования к каскадам и режим работы
- •2.4.1.2. Определение частотной, фазовой и переходной характеристик
- •2.4.2 Резисторный каскад
- •2.4.2.1. Применение, принципиальные и эквивалентные схемы
- •2.4.2.2 Характеристики и расчетные формулы резисторного каскада
- •2.4.2.3. Расчетные формулы каскада в области средних частот.
- •2.4.2.4. Расчет транзисторного резисторного каскада
- •2.4.2.5. Резисторные каскады предварительного усиления, работающие на внешнюю нагрузку, и резисторные входные цепи
- •2.5. Выходные каскады
- •2.5.1. Условия расчета каскадов мощного усиления
- •2.5.2. Расчет однотактного транзисторного каскада мощного усиления в режиме а
- •2.5.3. Расчет двухтактного транзисторного каскада мощного усиления в режиме в
- •2.5.4. Бестрансформаторные двухтактные каскады мощного усиления
- •2.5.5. Расчет бестрансформаторных двухтактных каскадов
- •2.6. Широкополосные каскады и каскады специального назначения
- •2.6.1. Особенности широкополосных усилителей.
- •2.7. Схемы коррекции без обратной связи
- •2.7.1. Низкочастотная коррекция
- •2.7.2. Высокочастотная коррекция
- •2.8. Схемы коррекции с обратной связью
- •2.8.1. Низкочастотная коррекция
- •2.8.2. Высокочастотная коррекция
- •2.9. Повторители
- •2.9.1. Простые повторители
- •2.10. Усилители постоянного тока
- •2.10.1. Основные свойства и применение
- •2.10.2. Усилители постоянного тока, с непосредственной связью
- •2.11. Дрейф нуля и способы его уменьшения
- •2.11.1 Причины дрейфа нуля
- •2.12. Балансные и дифференциальные каскады
- •Библиографический список
2.3.4. Каскад с последовательной отрицательной обратной связью по току нагрузки
Типовая схема транзисторного каскада с общим эмиттером, охваченного последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по току нагрузки, приведена на рис. 2.3.5.
Рис. 2.3.5. Транзисторный каскад с цепью последовательной ООС по току нагрузки.
Эта связь образуется за счет введения в эмиттерную цепь транзистора VТ резистора . Ток эмиттера, протекая по резистору , создает на нем напряжения . Эго напряжение алгебраически складывается с входным напряжением ивх, присутствующем на резисторе делителя . Сумма напряжений прикладывается к эмиттерному переходу транзистора и, по сути, является входным напряжением каскада. Входное напряжение и напряжение обратной связи направлены встречно, поэтому обратная связь отрицательна.
Введение резистора снижает общий коэффициент усиления каскада, повышает его входное и выходное сопротивления, расширяет полосу усиливаемых частот и снижает линейные и нелинейные искажения. Следует отметить, что в реальных усилительных каскадах повышение входного сопротивления несколько компенсирует снижение его общего коэффициента усиления за счет увеличения коэффициента передачи входного делителя.
Коэффициент усиления каскада (рис. 2.3.5), охваченного цепью ООС, равен:
. (2.3.12)
Для рассматриваемой схемы может быть определен следующим образом:
. (2.3.13)
Обычно из-за большого значения можно с достаточной точностью полагать, что . Тогда выражение для коэффициента передачи цепи ООС примет вид
. (2.3.14)
Подставляя в выражение для коэффициента передачи усилителя с ООС, непосредственно для транзисторного каскада получим: . (2.3.15)
Входное сопротивление каскада:
(2.3.16)
Из (2.3.16) следует, что выражение (2.3.15) аналогично исходному выражению коэффициента усиления каскада. Тогда можно записать выражения для коэффициента усиления всего каскада
, (2.3.17)
где - эквивалентное сопротивление делителя на резисторах , приведенного к схеме на рис. 2.3.1. Выходное сопротивление каскада равно:
(2.3.18)
Ранее было показано, что основными причинами нестабильности тока коллектора является изменение температуры окружающей среды, вызывающей изменения напряжения эмиттерного перехода , начального тока коллектора и коэффициента передачи тока . Для современных кремниевых транзисторов можно полагать, что из-за малости абсолютного значения влиянием этого параметра можно пренебречь. Поэтому ограничимся рассмотрением влияния на ток только температурных изменений и .
Как уже известно, ток покоя транзистора связан с током базы соотношением . Переходя в приведенном выражении к приращениям, получим:
,
или, полагая ,
. (2.3.19)
Используя теорему об эквивалентном генераторе, схему на рис. 2.3.5 всегда можно привести к схеме на рис. 2.3.1,а. Тогда для исследуемой схемы можно записать:
, (2.3.20)
или переходя к приращениям:
. (2.3.21)
Подставив (2.3.21) в (2.3.20):
. (2.3.22)
Величину называют коэффициентом нестабильности.
Допустимый диапазон изменения , при изменении сопротивления эмиттерного резистора можно определить, воспользовавшись правилом Лопиталя:
;
.
Полученные выражения показывают, что минимальный и максимальный ток покоя транзистора определяются выражениями:
, при ; (2.3.23)
, при .
Из проведенного анализа можно сделать два практических вывода:
введением цепи ООС нестабильность значения не может быть уменьшена ниже величины ;
зная исходную и требуемую нестабильности тока покоя транзистора и используя выражение (2.3.22), всегда можно найти требуемую глубину ООС (величину ), необходимую для обеспечения заданных параметров усилительного каскада.
В реальных схемах обычно лежит в диапазоне 2...5. Тогда, полагая в (2.3.22) и - можно получить простое расчетное соотношение:
. (2.3.24)
Зная требуемые и от расчетной схемы на рис. 2.3.1, можно легко вернуться к исходной схеме.