Послідовна зворотний зв'язок по току

Структурна схема підсилювача з послідовної зворотним зв'язком по струму наведена на рис. 10.16. Напруга зворотного зв'язку U ос знімається з резистора R ос, включеного послідовно з навантаженням R н, при протіканні через резистори вихідного струму I вих.

Коефіцієнт передачі для послідовної зворотного зв'язку по струму являє собою провідність або крутизну передачі. Однак зручніше аналізувати схему за допомогою коефіцієнта передачі напруги

Для вхідного ланцюга справедливо вираз , А коефіцієнт посилення визначається виразом

. (10.32)

Вираз (10.31) показує, що послідовна зворотний зв'язок по току має такий же вплив на коефіцієнт посилення і його нестабільність, як і послідовна зворотний зв'язок по напрузі.

Вхідний опір підсилювача, охопленого зворотним зв'язком одно

,

, (10.33)

де ;

Y 21 - провідність прямої передачі підсилювача зі зворотним зв'язком, яка менше нуля для негативного зворотного зв'язку по струму.

Тому вхідний опір підсилювача, охопленого негативним зворотним зв'язком по струму, збільшується в раз, а позитивна ОС зменшує його в раз.

Вихідний опір підсилювача, охопленого послідовної зворотним зв'язком по струму, визначається при подачі змінної напруги на вихід підсилювача U вих при короткому замиканні генератора ()

, (10.34)

де ;

.

Підставивши значення I вих і в вираз (10.34), отримаємо

. (10.35)

Негативний зворотний зв'язок по току збільшує вихідний опір підсилювача, а позитивна збільшує або зменшує його в залежності від величини .

Даний тип зворотного зв'язку застосовується тоді, коли необхідно мати дуже велике вихідний опір підсилювача. В цьому випадку підсилювач еквівалентний генератору струму, і вихідний струм I вих не залежить від опору навантаження.

Незалежно від виду, негативний зворотний зв'язок зменшує сигнал на вході, що викликає:

1. Зменшення коефіцієнта посилення.

2. Підвищення стабільності коефіцієнта посилення підсилювача при зміні параметрів транзисторів.

3. Зменшення рівня нелінійних спотворень.

4. Розширення смуги пропускання.

Послідовна негативний зворотний зв'язок зменшує напругу на вході підсилювача і зменшує вхідний опір. Послідовна зворотний зв'язок по напрузі зменшує вихідний опір, підсилювач прагне до ідеального джерела напруги. Послідовна зворотний зв'язок по току збільшує вихідний опір, стабілізуючи вихідний струм підсилювача.

Паралельна негативний зворотний зв'язок збільшує вхідний струм, зменшуючи вхідний і вихідний опору підсилювача.

- магнітна зв'язок, що з'являється при близькому розташуванні вхідних і вихідних трансформаторів підсилювача.

10.7. Режими роботи каскадів

Залежно від значень постійного струму і падіння напруги на транзисторі підсилювального каскаду і амплітуди вхідного підсилюється сигналу розрізняють основні режими роботи підсилювального каскаду: А, В, С, D, АВ.

В режимі класу Астановище робочої точки вибирається таким чином, щоб при русі по лінії навантаження вона не заходила в нелінійну початкову область колекторних характеристик і в область відсічення колекторного струму. На вхідних характеристиці (рис. 10.17, а) робоча точка вибирається так, щоб вхідний сигнал повністю містився на лінійній ділянці, а значення струму спокою I бо розташовувалося на середині цього лінійного ділянки. Амплітуди змінних складових вхідного I б m і вихідного I до m струмів, що з'явилися внаслідок вхідного сигналу (рис. 10.17, б), в режимі А не можуть перевищувати струми спокою I бо і I до відповідно. Режим класу А характеризується роботою транзистора на майже лінійних ділянках своїх вольтамперних характеристик. Це обумовлює мінімальні нелінійні спотворення сигналу (). Режим класу А є найменш економічним, з огляду на те, що корисною є потужність, що виділяється в вихідний ланцюга за рахунок змінної складової вихідного струму. Споживана потужність визначається значи-

тельно великими величинами пос-тоянних соста-вляющіх I ко, U КЕТ. У зв'язку з цим ККД підсилювального кас-када в режимі А невеликий, завжди менше 40%. Ре-жим класу А застосовується в тих випадках, коли необхідні міні-формальні нелінійні спотворення, а корисна потужність і ККД не є вирішальними, це каскади попереднього підсилення і малопотужні вихідні каскади.

Режим класу В- це режим роботи транзистора, при якому струм через нього протікає протягом половини періоду вхідного сигналу. Положення робочої точки на ВАХ транзистора вибирається так, щоб струм спокою дорівнював нулю (рис. 10.18). В режимі класу В транзистор відкритий лише протягом половини періоду вхідного сигналу. У цьому випадку вихідний струм має форму імпульсу з кутом відсічення q = 90 °. Кутом відсічення називають половину часу пе-

періоди вхідного сигналу, протягом якої транзистор відкритий і через нього протікає струм. Невелика потужність, споживана каскадом, дозволяє отримати високу ККД підсилювача в межах 60 ... 70%. Режим класу В застосовується в двотактних каскадах, де припинення протікання струму в одному транзисторі (першому плечі) компенсується появою струму в іншому транзисторі (іншому плечі каскаду). Через нелінійності початкових ділянок характеристик транзисторів форма вихідного струму (при малих його значеннях) істотно відрізняється від форми струму, якби був лінійний характер характеристик. У зв'язку з цим режим класу В характеризується великими нелінійними спотвореннями сигналу () і цей режим використовується переважно в потужних двотактних каскадах посилення, однак в чистому вигляді його використовують порівняно рідко. Найчастіше в якості робочого режиму використовують проміжний режим АВ.

Режим класу АВвикористовується для зменшення нелінійних спотворень підсилюється сигналу, які виникають через нелінійних початкових ділянок ВАХ транзисторів (рис. 10.19). При відсутності вхідного підсилюється сигналу в режимі спокою транзистор трохи відкритий і через нього протікає струм, рівний 5 ... 15% максимального струму при заданому вхідному сигналі. Кут відсічення в режимі класу АВ дещо більше і досягає 120 ... 130 °.

При роботі двотактних каскадів в режимі АВ відбувається перекриття позитивної та негативної напівхвиль струму плечей двотактного каскаду, що призводить до компенсації спотворень (), отриманих за рахунок нелінійності початкових ділянок ВАХ транзистора. ККД каскадів, які працюють в режимі АВ, вище, ніж каскадів в класі А, але менше ніж в класі В за рахунок наявності малого вхідного струму спокою I бо.

Режим класу С -це режим роботи активного елемента (транзистора), при якому струм через транзистор протікає протягом часу меншого половини вхідного сигналу (рис. 10.20). Кут відсічення менше, а струм спокою дорівнює нулю. Оскільки більше половини робочого часу транзистор закритий, потужність, споживана від джерела живлення, знижується, так що ККД каскадів підвищується, наближаючись до 100%.

Зі зменшенням кута відсічення в імпульсі струму зростають рівні вищих гармонік по відношенню до рівня першої гармоніки. У зв'язку з великими нелінійними спотвореннями режим класу С не використовується в підсилювачах звукового діапазону частот, а використовується в потужних двотактних каскадах підсилювачів потужності радіочастот, навантажених на резонансний контур і забезпечують в навантаженні струм першої гармоніки.

Режим класу D -це режим, при якому транзистор знаходиться тільки в двох станах: закритий чи відкритий. У закритому стані через транзистор протікає невеличкий зворотний струм, його електричний опір велике, падіння напруги на ньому приблизно дорівнює напрузі джерела живлення. У відкритому стані через транзистор протікає великий струм, його електричний опір дуже мало, мало і падіння напруги на ньому. У зв'язку з цим втрати в транзисторі в режимі класу D мізерно малі і ККД каскаду наближається до 100%.

Таким чином, режим роботи підсилювача визначається завданням робочої точки активного елементу в режимі спокою. В режимі класу А транзистор працює без відсічення струму з мінімальними нелінійними спотвореннями. У режимах АВ, В, С, D транзистор працює з відсіченням струму.