Краткие сведения из теории

Лабораторная работа №2

Исследование усилителя низкой частоты

Краткие сведения из теории

В транзисторных усилителях в большинстве случаев используется включение транзистора по схеме «общий эмиттер». В двух каскадном усилителе с резистивно-емкостными связями (рис. 2.1) связь по переменному току с источником сигнала и сопротивлением нагрузки R_н, а также между каскадами осуществляется через конденсаторы связи С_с1, С_с2 и С_с3. Нагрузка каждого транзистора по постоянному току состоит из последовательно включенных резисторов R_к1, R_э2 и R_к2 R_э2. Нагрузкой по переменному току транзистора V1 является параллельное соединение R_к1 и входного сопротивления R_вх2 второго каскада, а нагрузкой второго каскада является параллельное соединение R_к2 и R_н. Резисторы R₁, R₂, R_э1 и R₄, R₃, R_э2 образуют цепи смещения эмиттерного перехода первого и второго транзисторов соответственно.

На рис.2.2(а) показано построение нагрузочных линий по постоянному и переменному току для первого каскада. Линия АВ проведена из точки U_ип на оси абсцисс под углом к оси и является нагрузочной линией по постоянному току. Нагрузочная линия по переменному току CD проведена под углом к оси абсцисс через выбранную рабочую точку О^'.

Как видно из рисунка, возможное изменение выходного напряжения определяется положением точек C и D. Чем меньше абсолютное значение крутизны нагрузочной линии, тем больше размах выходного напряжения каскада. Точкам нагрузочной линии C и D соответствуют базовые токи i_{δ max} и i_{δ min}.

Из входной характеристики транзистора i_б (u_бэ) (кривая I на рис.2.2(б) следует, что для изменения базового тока от i_{δ max} до i_{δ min} необходимо приложить переменное напряжение с размахом 2U_бэ1. Отношение U_вых1/U_δэ1 определяет коэффициент усиления К₁ каскада по напряжению. Для второго каскада можно провести аналогичное построение и определить коэффициент усиления К₂=U_вых2/U_δэ2. Общий коэффициент усиления двух каскадов равен произведению коэффициентов усиления каскадов :К=К₁К₂.

Для оценки транзисторных усилителей используют также понятие о сквозном коэффициенте усиления, К_Е=U_вых2/Е₂, равном отношению выходного напряжения к ЭДС источника сигнала. Из схемы рис.2.1 следует, что данный коэффициент определяется:

Разброс параметров транзисторов, их изменение при колебаниях питания и температуры, а также необходимость получения определенных свойств усилителей обуславливают применение в схемах усилителей цепей обратной связи. Через цепи обратной связи часть энергии выходного сигнала поступает на вход усилителя. В усилительной технике используются преимущественно цепи отрицательной обратной связи, позволяющие уменьшить влияние дестабилизирующих факторов на показатели усилителя. Структурная схема усилителя с обратной связью включает каналы прямой 1 и обратной 2 передачи сигнала (рис. 2.3). По способу съема сигнала с выхода различают два вида обратной связи:

- по напряжению – сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению U_oc=β₁U_вых (см. рис. 2.3,а); β₁- безразмерен;

- по току – сигнал обратной связи пропорционален выходному току I_oc=β₂I_выхR_св (см. рис. 2.3,б); β₂- размерность проводимости;

и соответственно два способа подачи сигнала обратной связи на вход усилителя:

- сложение напряжений входного сигнала и напряжения обратной связи (последовательная обратная связь);

- сложение тока входного сигнала и тока сигнала обратной связи (параллельная обратная связь).

Отрицательная обратная связь повышает стабильность коэффициента усиления, но уменьшает его величину. Величина выходного сопротивления зависит от вида обратной связи. При обратной связи по напряжению, когда цепь обратной связи стремится уменьшить влияние дестабилизирующих факторов, например изменение нагрузки R_н на величину выходного напряжения, выходное сопротивления усилителя уменьшается.

Увеличение выходного сопротивления при обратной связи по току можно объяснить тем, что уменьшается отклонение выходного тока от номинального значения при изменении нагрузки R_н. При глубокой обратной связи по току выходная цепь усилителя становится близкой к идеальному генератору тока, и выходной ток мало зависит от R_н. Таким образом, данный вид обратной связи стабилизирует выходной ток и не стабилизирует выходное напряжение.

Вид обратной связи определяется по результатам режимов короткого замыкания или холостого хода по переменному току выходной цепи усилителя. Если в режиме короткого замыкания сигнал обратной связи равен нулю, то в схеме существует обратная связь по напряжению. Так, например, в схеме рис.2.1 при коротком замыкании выхода второго каскада ток обратной связи через резистор R₃ равен нулю, т.е. через эту цепь осуществляется обратная связь по напряжению. Если в режиме короткого замыкания выхода сигнал обратной связи сохраняется, то в схеме существует обратная связь по току. Осуществление указанного режима во втором каскаде схемы рис. 2.1 показывает, что напряжение обратной связи на резисторе R_э2 сохранятся при коротком замыкании коллекторной цепи транзистора V2. Следовательно, в данной схеме через резистор R_э2 осуществляется обратная связь по току.

Величина входного сопротивления усилителя определяется способом подачи сигнал обратной связи на вход усилителя. При сложении на входе напряжений (последовательная обратная связь) входное сопротивление возрастает. Это вызвано тем, что для получения прежних изменений входного тока требуется большее изменение напряжения источника сигнала (см. кривую 2 на рис. 2.2,б)

При сложении на входе токов (параллельная обратная связь) входное сопротивление уменьшается, так как ток, потребляемый от источника сигнала, возрастает. Поэтому входной характеристике усилителя с параллельной обратной связью соответствует кривая 3 рис. 2.1,б.

В лабораторной работе рассматривается работа одно- и двух каскадного усилителя низкой частоты на транзисторах при различных цепях обратной связи.