Влияние отрицательной ОС на частотные искажения

Амплитудно-частотная характеристика усилителя свидетельствует о снижении коэффициента усиления на границах полосы пропускания f_н и f_в и появлении частотных искажений. Введем частотно-независимую отрицательную ОС.

Под действием отрицательной ОС уменьшается коэффициент усиления каскада, а следовательно, и напряжение на его выходе. Это приводит к изменению напряжения ОС и результирующего напряжения на входе каскада

(U* = U_вх – U_ос),

однако изменение усиления каскада даже с частотно-независимой ОС происходит неравномерно.

На средних частотах коэффициент усиления максимален, а следовательно, и максимально напряжение ОС:

U_ос = βU_вых,

на верхних и нижних частотах, где коэффициент усиления уменьшается, уменьшается и напряжение ОС. Следовательно, на верхних и нижних частотах на вход усилителя поступает больший, чем на средних частотах сигнал. В результате характеристика становится более равномерной, и полоса пропускания усилителя (Δf), охваченного отрицательной ОС, расширяется.

При частотно-зависимой отрицательной ОС коэффициент передачи цепи ОС зависит от частоты сигнала. Частотно-зависимая отрицательная ОС изменяет АЧХ усилителя по закону, обратному закону изменения коэффициента передачи цепи ОС в зависимости от частоты: β(ω). Частотно-зависимую отрицательную ОС широко используют для формирования АЧХ заданной формы.

Мы рассмотрели влияние последовательной отрицательной ОС по напряжению на входное и выходное сопротивления. Аналогично можно проанализировать влияние параллельной ОС на входное сопротивление и ОС по току на выходное (см. табл. 6.1).

Таблица 6.1

Влияние ООС на входное и выходное сопротивления

При параллельной ОС принципиально наличие сопротивления R_г (внутреннего сопротивления источника питания). Если источник входного сигнала имеет малое внутреннее сопротивление, то последовательно с ним включают дополнительный резистор. При R_г = 0 на входе усилителя будет короткое замыкание (КЗ) напряжения ОС

Паразитные ОС и способы их устранения

В усилителе часто возникают ОС, не создаваемые специально. Такие ОС называются паразитными. Паразитная ОС может быть отрицательной и положительной. Паразитная отрицательная ОС не приводит к заметному ухудшению показателей усилителя, а даже может их несколько улучшить, поэтому на нее обычно не обращают особого внимания. При положительной ОС существенно ухудшаются технические показатели.

Основными видами паразитной ОС являются:

1) связь через междуэлектродные емкости – этот вид наиболее опасен для усилителей высокой частоты;

2) связь, возникающая в результате индуктивного и емкостного взаимодействия между деталями и проводами усилителя. Устранение этого вида паразитной ОС достигается рациональным расположением элементов схемы, правильным монтажом, экранированием катушек индуктивности, трансформаторов и отдельных проводов;

3) связь через общие источники питания. В многокаскадных усилителях источник питания является общим для всех каскадов. Через его внутреннее сопротивление R_и протекают токи сигнала всех каскадов и на его концах появляется напряжение сигнала U_oc. Хотя это напряжение ничтожно мало по сравнению с напряжением на нагрузке, но попав по цепям питания на вход усилителя оно может, при определенных условиях, резко изменить свойства усилителя или даже превратить его в генератор паразитных колебаний.

Для защиты от паразитных ОС через источник питания применяют следующие меры:

1) уменьшение – внутреннего сопротивления источника питания (R_и);

2) включение в выходной цепи усилителя развязывающих резистивно-емкостных фильтров (наиболее употребительный способ). В некоторых случаях развязывающий фильтр включают в каждый каскад усилителя;

3) применение двухтактного усилительного каскада, работающего в режиме А, в котором переменная составляющая тока сигнала, протекающая через цепь питания и определяющая паразитную ОС, уменьшается примерно в 5 раз по сравнению с однотактным каскадом.

Усилители низкой частоты

Назначение усилителя, в конечном итоге, состоит в получении на заданном сопротивлении нагрузочного устройства требуемой мощности усиливаемого сигнала.

Большинство источников входного сигнала развивают очень низкое напряжение. Подавать его непосредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, так как при таком слабом управляющем напряжении невозможно получить сколько-нибудь значительные изменения выходного тока, а, следовательно, и выходной мощности. Реальный усилитель составляют из нескольких последовательно включенных усилительных каскадов (рис. 1.15).

Первые каскады усилителя работают при относительно малом уровне сигнала. Слабый входной сигнал усиливается с помощью каскадов предварительного усиления (КПУ). Число КПУ зависит как от уровня входного сигнала, так и от уровня сигнала, необходимого для подачи на вход предоконечного каскада усиления (ПОКУ).

Поскольку при проектировании усилителя всегда стремятся уменьшить число каскадов, в каждом из них реализуют по возможности большее усиление. При самом высоком уровне сигнала в усилителе обычно работают оконечный каскад усиление (ОКУ), а иногда и предоконечный, которые должны обеспечить этот высокий уровень. Если на активной нагрузке должен быть получен требуемый уровень выходной мощности, ОКУ называется усилителем мощности. Оконечные каскады усиления часто выполняются по двухтактной схеме, тогда ПОКУ, помимо обеспечения требуемого усиления, выполняет роль согласующего звена между выходом КПУ и входом ОКУ.