Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
Ток, протекающий через резистор обратной связи Rf, приблизительно равен 2i. Током, протекающим через два резистора смещения сопротивлением 15 кОм, можно пренебречь, поскольку сопротивление этих резисторов гораздо больше, чем сопротивление эмиттеров p-n-р транзисторов, которые, по существу, являются диодами в прямом смещении. Следовательно, ток обратной связи будет протекать в эмиттерах и через резисторы смещения. Запишем:
2i = u/Rf (13.4)
Здесь мы допустили, что из-за усиления выходное напряжение и гораздо больше входного напряжения ud. Ток также можно выразить через сопротивление Re:
і = udARe
(13.5)
[ЗОб] 13. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ СХЕМЫ
Если исключить ток из этих двух уравнений, получим выражение для коэффициента усиления по напряжению:
Из этого выражения видно, что коэффициент усиления зависит только от сопротивления обратной связи и эмиттерного сопротивления и не зависит от коэффициента ? транзисторов, который является непостоянной величиной. Коэффициент усиления остается неизменным, даже если ? изменяется с уровнем возбуждения, что обычно приводит к искажениям. В этом усилителе Re = 1,5 кОм, a Rf= 15 кОм, поэтому ожидаемый коэффициент усиления по напряжению равен 20. Можно уменьшить эффективное значение сопротивления Re до 150 Ом, подсоединив шунтирующий конденсатор между выводами 1 и 8. В этом случае коэффициент усиления увеличится до 200. К тому же, подключая конденсатор параллельно резистору Rf, мы обеспечим спад на высокой частоте.
13.2. Операционные усилители
Как было установлено, коэффициент усиления УЗЧ определяется сопротивлением обратной связи. В данном случае возникает отрицательная обратная связь, что уменьшает коэффициент усиления. Этим она отличается от положительной обратной связи, которая использовалась в генераторе. Отрицательная обратная связь -одно из основных понятий в электротехнике (оно было предложено Гарольдом Блэком (Harold Black) из компании Bell Telephone Laboratories).
Может возникнуть вопрос: зачем уменьшать коэффициент усиления? Оказывается, сконструировать усилитель с большим коэффициентом усиления легко, гораздо сложнее управлять усилением, уменьшить искажения, увеличить входное сопротивление и снизить выходное сопротивление. Отрицательная обратная связь помогает справиться с этими проблемами.
Описанный подход используется в операционных усилителях (ОУ), которые представляют собой дифференциальные усилители с очень высоким коэффициентом усиления, например такие, как компаратор LM393N в схеме пошаговой настройки приемника, собранной при выполнении задачи № 27. Типичный коэффициент усиления по напряжению в операционных усилителях равен 100 000, и их нельзя использовать в качестве усилителей без отрицательной обратной связи, поскольку они входят в насыщение (возникает насыщение на выходе). К тому же у них очень высокое входное и низкое выходное сопротивление. Рассмотрим принцип работы обратной связи. На рис. 13.3а показано условное обозначение операционного усилителя на схеме.
Gu = u/ud = 2Rf/Re
(13.6)
Rf
а) б)
Рис. 13.3. Условное обозначение ОУ на схеме (а) и схема инвертирующего усилителя (б)
13.3. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР В КАЧЕСТВЕ ПЕРЕМЕННОГО РЕЗИСТОРА \Щ]
У операционных усилителей два различных входа, обозначаемых как «плюс» и «минус». Обычно при анализе ОУ делаются два допущения. Хоровиц (Horowitz) и Хилл (Hill) назвали их золотыми правилами.
Правило 1. Коэффициент дифференциального усиления очень высок, поэтому будем считать его бесконечно большим (°о). Это означает, что если выход U не заземлен или не подключен к источнику питания, как в компараторе, то разность между напряжениями U_ и U+ является бесконечно малой величиной. Запишем:
U = U+ (13.7)
Правило 2. Сопротивление каждого входа очень высокое, поэтому будем считать его бесконечно большим (°о). Это означает, что входы не потребляют ток, следовательно, можно записать:
L = I+ = O (13.8)
Схема инвертирующего усилителя показана на рис. 13.36. Если вход «плюс» заземлен, то согласно правилу 1 напряжение U_ = 0. Это называется виртуальной «землей». Более того, поскольку вход «минус» не потребляет ток, в обоих резисторах ток одинаков. Следовательно, можно записать два выражения для тока I:
I = U1ZR1 (13.9)
I =-U/Rf (13.10)
Исключив из этих двух уравнений ток, получим коэффициент усиления по напряжению:
Gu = U/U^-VR1 (13.11)
Обратите внимание, что расчет коэффициента усиления УЗЧ проводился аналогичным образом (см. уравнение 13.6). Выходное напряжение пропорционально сопротивлению резистора обратной связи. Входное напряжение пропорционально сопротивлению резистора во входной схеме.
13.3. Полевой транзистор в качестве резистора переменного сопротивления
При описании биполярных транзисторов рассматривались два различных рабочих режима Если напряжение на коллекторе больше, чем несколько десятых вольта, выходное сопротивление высокое и выходной ток практически не зависит от нагрузки. В этом случае в приводимых моделях схем на выходе ставился источник тока. Этот режим называется активным и используется в усилителе класса А. Однако, как было установлено, при большом токе базы и маленьком напряжении на коллекторе действующее выходное сопротивление мало. Такой режим переключения используется в ключах и усилителе класса С.
