Усилительного устройства

Любой активный элемент (транзистор или интегральную микросхему и вообще усилительное устройство) можно представить шумящим четырехполюсником ( 5.3).

Мощность усиливается за счет энергии источника электрического тока, питающего усилительное устройство (источника питания). В общем виде усилительное устройство можно изобразить как активный четырехполюсник ( 6.1), имеющий два входных зажима, в цепь которых подается подлежащий усилению электрический сигнал t/BX* и два выходных зажима, с которых усиленный сигнал ?/ВЬ1х снимается и подается в цепь нагрузки. Нагрузку в общем случае можно представить как комплексное нагрузочное сопротивление ZH.

Эквивалентные схемы усилительных каскадов. Любое линейное усилительное устройство может быть представлено в виде эквивалентного ему четырехполюсника. Усилительные свойства четырехполюсника определяются соотношениями входного и выходного напряжений и входного и выходного токов.

Принцип работы следящего привода заключается в следующем. При повороте ротора датчика / в однофазной обмотке сельсина-приемника 2 наводится ЭДС, которая воздействует на усилительное устройство 3. Усилительное устройство обеспечивает при этом включение двигателя и работу его с определенной скоростью. Двигатель 4 приводит в действие производственный механизм РМ и одновременно через передачу 5 — ротор сельсина-приемника Рис ]3.4. Схема соединения 2. При повороте ротора сельси- сельсинов в трансформатор-на 2 на заданный угол устра- н°м режиме. няется рассогласование в положениях роторов датчика и приемника и прекращается работа исполнительного двигателя 4.

На 4.11,в и г представлены схемы питания МОП-транзисторов с встроенным каналом п и р-типов. В отличие от полевых транзисторов с р — «-переходом МОП-транзисторы с встроенным каналом могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения. В частности, приемлем режим с нулевым напряжением смещения между затвором и истоком. Для этого случая из схемы можно исключить элементы Ru и Си и получить весьма простое усилительное устройство, содержащее, кроме активного элемента, два разистора ^с и R3.

В промышленной электронике обычно требуются усилители с общим коэффициентом усиления по напряжению Ки^Ю6, т. е. использование в усилителе двух, близких по усилению каскадов, позволяет построить весьма универсальное усилительное устройство. Второй каскад должен обеспечить, кроме усиления, сдвиг постоянного уровня сигнала такой величины, что-

образом, во многих случаях будет целесообразнее подбирать наиболее подходящие микросхемы, чем конструировать все усилительное устройство и собирать его из отдельных деталей и транзисторов.

Более общий характер носят условия устойчивости, сформулированные в критерии Найквиста ![2, с. 463], согласно которому усилительное устройство с обратной связью устойчиво, если годограф вектора коэффициента петлевого усиления не охватывает точку с координатами 1,0 ( 7.2) в полном диапазоне значений частоты (от О до оо). Коэффициент усиления усилителя переменного тока при f=0 равен нулю и фазовый сдвиг составляет наибольшую положительную величину; при повышении частоты коэффициент усиления возрастает, а фазовый угол уменьшается; в области верхних частот Рис- 7.1. Характер собственных

7.3.2. Усилительное устройство со смешанной обратной связью, осуществляемой с помощью одного шестиполюсника связи

7.3.3. Усилительное устройство со смешанной обратной связью, осуществляемой с помощью двух шестиполюсников связи

При этом усилительное устройство должно быть согласовано на

Выражение (3.9) может быть использовано для определения коэффициента частотных искажений на низшей частоте практически для любой цепи любого усилительного устройства. Так, для выходной цепи Л/нс2 в (3.9) следует лишь заменить тнс1 на тнс2. В этом нетрудно убедиться, проделав выкладки для выходной цепи рассматриваемого усилителя. В результате получим, что

Выражение (3.10) справедливо для любого усилительного устройства. Оно указывает на то, что уменьшения искажений в ОВЧ можно достичь снижением тв, величина которой во многом определяется используемым в усилителе транзистором. Для низкочастотных транзисторов тв = тр = та (Р +1), поскольку их частотные свойства в основном определяются временем пролета .неосновных носителей заряда через базу. Для ВЧ транзисторов (при Сн = 0) тв«О*/?кн, т. е. зависит не только от параметров транзистора, но и от /?кн.

Основным параметром ОУ, как и любого усилительного устройства, является коэффициент усиления. Прежде всего это коэффициент усиления по напряжению без обратной связи Киоу. Этот параметр иногда называют полным коэффициентом усиления по напряжению. На низких и средних частотах его часто обозначают Киоуо и он может достигать нескольких десятков тысяч.

Основным параметром усилительного устройства является его коэффициент усиления.

В общем случае, если известен коэффициент шума усилительного устройства Fm, измеренный на частоте а>и, можно определить коэффициент шума на любой частоте и:

Для осуществления автоматического регулирования необходимо измерить сигнал обратной связи, затем этот результат в виде напряжения сравнить (произвести алгебраическое суммирование) с заданным в виде напряжения значением регулируемой величины и направить результат сравнения регулируемому объекту. Обычно энергии измерительного органа оказывается недостаточно для воздействия на регулирующий орган, поэтому возникает необходимость в применении усилительного устройства. Пере-~ численные элементы (измерительный орган, усилитель и регулирующий орган) входят в устройство регулятора, осуществляющего процесс регулирования.

Обратной связью называют связь между цепями усилительного устройства, по которой сигналы из выходных цепей усилителя попадают во входные цепи.

пи питания и учета технологии изготовления усилительного устройства и его назначения. Простейшим способом подачи смещения на биполярные транзисторы является фиксированное смещение; его можно осуществить от источника питания коллектора либо фиксированным током базы ( 4.9,а), либо фиксированным напряжением базы, снимаемым с низкоомного делителя ( 4.9, б).

При больших уровнях входного сигнала, когда не требуется высокая стабильность при усилении слабого сигнала постоянного тока, усилитель, описанный выше, можно существенно упростить. Схема такого усилителя приведена на 4.21, в. Выходная часть усилителя (второй каскад в предыдущем усилителе) изменена немного. Основной усилительный элемент выполнен на транзисторе V4, включенном по схеме с ОЭ. В его коллекторе установлена динамическая нагрузка на транзисторе V7 и транзисторе V5, V6, представляющие мощный эмиттерный повторитель. Транзистор V7 используется в основном на начальном участке диапазона, увеличивая к. п.д. выходного каскада и приближая уровень сигнала к нулю при высокоомной нагрузке. Такой усилительный каскад может обеспечить коэффициент усиления по напряжению порядка нескольких тысяч при токе на выходе до 40 мА. Из-за меньшего числа активных элементов устойчивость в нем обеспечить значительно проще, чем в предыдущем случае, и корректирующая емкость С практически не используется. Из-за отсутствия дифференциального каскада значительно выше граничная частота усилителя. Рассмотрим теперь работу входной части усилительного устройства. Как видим из рисунка, на входе используется схема «токового зеркала» на транзисторах VI и 1/2. Отсюда следует, что входные сигналы к такому усилителю должны подаваться от источников тока, полученных тем или иным способом. Транзисторы VI и V2 выполняются идентичными, и при равенстве входных токов стараются выполнить для данной схемы следующие условия:

10.4. Частотно-фазовая характеристика усилительного устройства с самовозбуждением (о) и без самовозбуждения (б)

В следящих системах с управляемыми асинхронными двигателями снятие сигнала с управляющей обмотки статора может осуществляться двумя способами: уменьшением управляющего напряжения до нуля без размыкания цепи управления или отключения этого напряжения размыканием указанной цепи. В первом случае цепь управления остается замкнутой на сопротивление усилительного устройства, а во втором — на бесконечно большое сопротивление.