Характеристики усилителя

В случае коллекторной температурной стабилизации напряжение обратной связи подается из коллекторной цепи в цепь базы с помощью резисторов с сопротивлениями Ru—Re ( 5.10), включенных между коллектором и базой транзистора. При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, а коллекторное напряжение уменьшается. Это приводит к снижению потенциала базы, а следовательно, к уменьшению тока базы /g и коллекторного тока /к, который стремится к своему первоначальному значению. В результате коллекторный ток и коллекторное напряжение изменяются незначительно. Таким образом, введение резисторов с сопротивлениями Rf, и R& приводит к существенному ослаблению влияния температуры на характеристики усилительного каскада.

В любом усилительном каскаде на высоких частотах при росте частоты уменьшается амплитуда выходного сигнала (уменьшается коэффициент усиления К и ) и он отстает по фазе на угол if от входного сигнала. Частотные зависимости амплитуды и фазы выходного сигнала связаны, как правило, с действием емкости нагрузки (емкости элементов самого каскада, емкости последующего устройства) и описываются амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной характеристиками. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики усилительного каскада имеют большое сходство с АЧХ и ФЧХ ДС-цепочки ( 82), описываемыми выражениями K(j = 1/\/1 + (f/fc) , 'f = arc tg (—f/fc), где fc = 1/(2тгЯС) называют частотой среза. На частоте среза fc коэффициент передачи Ку уменьшается на 3 дБ (т.е. становится равным 0,707 своего низкочастотного значения), а отставание по фазе равно 45°. При f > fc с ростом частоты KU уменьшается на 20 дБ на декаду, т.е. спадает в 10 раз при увеличении частоты в 10 раз (на 82, б в двойном логарифмическом масштабе этот спад изображается прямой линией с наклоном — 20 дБ/дек), а угол у> уменьшается до —90 на частоте примерно 10 fc и далее остается неизменным. Амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики удобно описывать отрезками прямых линий, считая местами излома АЧХ точку f = fc, а ФЧХ — точки f = Q,\fc\*i =10fc.

При анализе частотной характеристики усилительного каскада в области средних частот сон < со < <вв в эквивалентной схеме можно не учитывать внешние С\ и Сс и внутренние С„ емкости каскада, а следовательно, можно рассматривать эквивалентную схему усилительного каскада как частотно-независимую.

При анализе частотной характеристики усилительного каскада в области средних частот (<он<аХа)в) в эквивалентной^схеме можно не учитывать внешние (Ci и Сс) и внутренние (С"к) емкости каскада, а рассматривать эквивалентную схему усилительного каскада как частотно-независимую. Зависимости коэффициентов усиления тока и напряжения от частоты в точном аналитическом выражении описываются гиперболическими функциями комплексного аргумента. Их непосредственное использование значительно усложняет анализ работы усилителя. В малосигнальных усилителях низкой частоты при известных значениях сопротивления нагрузки RH и генератора сигналов /?, и известных значениях Л-параметров транзистора в избранной схеме включения в соответствующей рабочей точке основные параметры одиночного каскада могут быть рассчитаны по следующим формулам.

От параметров этих двух элементов в основном и зависят характеристики усилительного каскада в целом.

Физически процесс нарастания амплитуды объясняется тем, что за один период колебания энергии поступает больше, чем расходуется. С ростом амплитуды начинает проявляться нелинейность системы (кривизна вольт-амперной характеристики усилительного устройства) и усиление уменьшается. Нарастание амплитуды прекращается, когда усиление снижается до уровня, при котором только компенсируется затухание колебаний в нагрузке. Устанавливается динамическое равновесие между поступлением энергии и ее потерями при данной амплитуде колебаний.

§ 18.4. Динамические характеристики усилительного элемента

18.4. Динамические характеристики усилительного элемента .... 369

Режим лампы в этой схеме, определяемый напряжениями между анодом и катодом (ыа.к) и между сеткой и катодом (ыс.к), обеспечивается выбором определенных значении резисторов и RK и напряжения анодного питания Еа. Е>еличина Ла влияет одновременно как на режим лампы, так и на характеристики усилительного каскада по переменным составляющим. С другой стороны, соответствующим выбором RK и Еа можно при любом ^а поставить лампу в требуемый режим. Поэтому, как правило, при разработке усилителя резистор /?а выбирают, исходя из требовании, определенных характеристиками усилителя по переменным состг вляющим, а с помощью величин /?к и Еа задают режим лампы.

Триоды имеют относительно невысокое внутреннее сопротивление переменному току /?,, а следовательно, и малые значения \и и Ки- Они обладают значительной проходной емкостью ССА- Эта емкость и определяемая ею проходная проводимость Упрох (см. § 10.7) создает в триоде обратную связь между входной и выходной цепями, что может исказить частотные и фазочастотные характеристики усилительного каскада, привести к его возбуждению, снизить максимально допустимый коэффициент усиления с повышением частоты сигнала.

5) нелинейностью характеристики усилительного элемента.

Таблица 10,3. Нижняя и верхняя границы частот амплитудно-частотной характеристики усилителя

Отношение приращения тока нагрузки к вызвавшему его приращению тока в обмотке нодмагничивания называется коэффициентом усиления магнитного усилителя по току. Этот коэффициент определяется наклоном характеристики усилителя. Простейшие схемы магнитных усилителей имеют сравнительно небольшой коэффициент усиления, поэтому для его увеличения применяется положительная обратная связь по току нагрузки. Схема подобного магнитного усилителя показана на 5.13. Магнитные потоки, создаваемые обмотками переменного тока при протекании тока нагрузки, одинаковы по направлению и имеют постоянную составляющую, подмагничивающую сердечник. Вентили В обеспечивают двухполупериодное выпрямление тока нагрузки. Изменение коэффициента усиления магнитного усилителя с внутренней обратной связью достигается изменением числа витков обмоток переменного тока.

Отношение приращения тока нагрузки к вызвавшему его приращению тока в обмотке подмагничивания называется коэффициентом усиления магнитного усилителя по току. Этот коэффициент определяется наклоном характеристики усилителя. Простейшие схемы магнитных усилителей имеют сравнительно небольшой коэффициент усиления, поэтому для его увеличения применяется положительная обратная связь по току нагрузки. Схема подобного магнитного усилителя показана на 1.15. Магнитные потоки, создаваемые обмотками переменного тока при протекании тока нагрузки, одинаковы по направлению и имеют постоянную составляющую, подмаг-ничивающую сердечник. Вентили В обеспечивают двух-полупериодное выпрямление тока нагрузки. Изменение коэффициента усиления магнитного усилителя с внут-

Убедившись, что сердечник с обмотками представляет компактную конструкцию, переходим к построению характеристики усилителя вход — выход с помощью эллипса нагрузки или нагрузочной прямой (см. построения в задачах 3.1 и 3.11).

3.15. Статические характеристики усилителя в зависимости от частоты питающей сети (о), сопротивления нагрузки (б) и колебаний напряжения (а)

Проведя по точкам графическое вычитание Яу = Н„ — Яос, получаем точки искомой статической характеристики усилителя с обратной связью Нср = f (Ну) ( 3.18, б).

Как уже отмечалось (см. §3.5 и 3.8), с увеличением коэффициента обратной связи ( tg ос) возрастают крутизна характеристики в области положительной обратной связи и ток холостого хода усилителя. Если коэффициент обратной связи достаточно велик и характеристика обратной связи совпадает с линейной частью статической характеристики усилителя без обратной связи 'в идеальном случае это имеет место при koc = 1), то на характеристике усилителя появится участок, совпадающий с осью ординат, т. е. участок, на котором нарушается пропорциональность зависимости Нср = / (Я5).

Самыми простыми из таких усилителей являются усилители на одном сердечнике ( 3.33, а, б). Обе приведенные схемы усилителей имеют на выходе однополупернодное выпрямленное напряжение. В схеме 3.33, б, предложенной Рейми, в цепь управления дополнительно включены вентиль и напряжение переменного тока, выполняющее роль напряжения смещения. Напряжение смещения (часто называемое опорным) имеет ту же частоту и фазу, что и напряжение питания, а его величина определяет положение статической характеристики усилителя относительно оси ординат. Наличие вентиля в цепи управления позволяет использовать в качестве управляющего сигнала переменное напряжение той же частоты, что и напряжение питания.

Формирование Л АХ T(f) осуществляется введением специальных корректирующих цепей. Они вносят затухание на тех частотах, на которых имеется избыток усиления по петле ОС. Корректирующие цепи не должны влиять на внешние характеристики усилителя в полосе пропускания, поэтому их включают в Ко-цепь. Характерна,

1. Амплитудную характеристику ОУ без обратной связи снимают при RH = oo. При снятии амплитудной характеристики усилителя на вход подают постоянное регулируемое напряжение ?/ с потенциометра П через калиброванный делитель Д\, коэффициент передачи которого «=10~3. Напряжение UCM определяют в режиме, когда 1/Вых = 0.

2. Для снятия амплитудно-частотной характеристики усилителя входное напряжение, равное 1—10 мВ, подают с генератора низкой частоты (например, ГЗ-36А). Для определения частоты среза fCp ОУ необходимо изменять частоту генератора низкой частоты до тех пор, пока напряжение {УЕЫх усилителя не станет равным 0,707 [7ВЫх, снятому при f=0.