И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

• Название: Электроника в вопросах и ответах
• Автор: И. Хабловски
• Издательство: "Радио и связь"
• Жанр: Радиотехника
• Год: 1984

В книге популярно в форме вопросов и ответов объясняются физические основы электроники, электронные компоненты и схемы, особенности их применения. Удачно сочетается широта тематики — от дискретных полупроводниковых приборов до интегральных микросхем с простотой и наглядностью изложения материала.

Для широкого круга читателей.

---

В транзисторной схеме большая часть усиления по току связана с первым каскадом, а шумы этого каскада превышают шумы каскада с ОБ. В результате этого в транзисторной схеме не наблюдаются выходные шумовые свойства, которыми характеризуется ламповый каскад. Именно поэтому каскодные схемы на транзисторах используются относительно редко.

На чем основана регулировка усиления и где она применяется?

Регулировка усиления является процессом, обеспечивающим постоянные условия работы отдельных каскадов усилителя. Если сигнал от источника, управляющего усилителем, велик, то существует возможность насыщения усилителя, причем это насыщение наступает в каскаде, в котором управляющий сигнал превышает максимально допустимый уровень возбуждения.

Регулировку усиления можно осуществить двумя способами: либо изменением крутизны S активного элемента, либо использованием делителя для управляющего сигнала. Для осуществления первого способа необходимы лампы или транзисторы с особыми характеристиками, крутизна которых зависит от выбора рабочей точки. Подавая на сетку или базу разное постоянное напряжение, можно изменить крутизну характеристики, а следовательно, и коэффициент усиления усилителя. Такой метод регулировки обычно используется в усилителях высокой частоты. Регулирующее напряжение вырабатывается схемой автоматической регулировки усиления (АРУ). В усилителях звуковых частот и широкополосных обычно применяют второй способ регулировки, основанный на делении управляющего сигнала. Такой способ регулировки осуществляют благодаря применению ступенчато го делителя напряжения или переменного резистора, расположенного в тракте усиления. Из-за шумов выбирается такая точка тракта, в которой уровень сигнала уже достаточно велик. В усилителях звуковых частот такой точкой является обычно выход предусилителя напряжения, который возбуждает выходной мощный каскад.

На рис. 7.33 представлена схема, поясняющая принцип регулировки усиления с помощью переменного резистора. Напряжение между движком переменного резистора и массой является возбуждающим; оно подводится к усилителю. Если движок находится в верхнем положении, то на сетке или базе транзистора усилителя действует полное входное напряжение. В нижнем положении движка происходит его «соединение» с массой схемы, в результате усилитель не усиливает.

Рис. 7.33. Потенциометр как регулятор усиления

Что такое развязывающая схема?

Все активные элементы многокаскадного усилителя обычно питаются от одного источника постоянного напряжения. Этот источник обладает некоторым внутренним сопротивлением Rист, которое, как видно из рис. 7.34, а, включено последовательно с нагрузочными резисторами отдельных каскадов усилителя. В связи с этим часть усиленного сигнала каждого каскада появляется на внутреннем сопротивлении источника. Это создает возможность взаимосвязи каскадов с большим уровнем сигнала с начальными каскадами усилительного тракта, в которых уровень сигнала меньше. При этом усилитель может оказаться в неустойчивом режиме работы и даже возбудиться. Возникновению такой ситуации препятствуют развязывающие схемы.

Типичная развязывающая схема представлена на рис. 7.34, б. Это RС-схема, в которой резистор R0 включен последовательно с резистором нагрузки усилителя, а емкость конденсатора С0 — между этими двумя резисторами и массой схемы. Развязывающие резисторы разделяют друг от друга нагрузочные резисторы, а конденсаторы эффективно шунтируют не только резистор R0, но и сопротивление источника питания. Сопротивление резистора R0 составляет обычно 10 % нагрузочного сопротивления усилителя, а реактивное сопротивление конденсатора С0 равно 0,1R0 на самой низкой частоте, пропускаемой усилителем.

Рис. 7.34 Двухкаскадный RС-усилитель без развязывающих (а) и с развязывающими (б) цепями

Глава 8 ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

Что такое обратная связь?

В общем, это связь в физических, биологических, экономических и других системах, основанная на обратном воздействии результата определенного явления на его причину. Явление обратной связи (ОС) наблюдается в природе повсеместно (например, регулировка температуры тела, давление крови) и является предметом исследований кибернетики.

На чем основана ОС в электронных схемах?

Обратная связь в электронных схемах основана на особом способе возбуждения, при котором выходной сигнал схемы оказывает обратное воздействие на ее входной сигнал. Иначе говоря, часть выходного сигнала, называемая сигналом обратной связи, поступает на вход схемы и суммируется с входным сигналом, в результате чего условия возбуждения схемы подвергаются изменению.

Рассмотрим структурную схему электронного усилителя без ОС и с ОС (рис. 8.1, а и б).

Рис. 8.1. Структурные схемы усилителей без обратной (а) и с обратной (б) связями

Усиление по напряжению усилителя без ОС равно отношению выходного напряжения к входному

Кu = U2/U1

Коэффициент усиления Кu часто называют коэффициентом усиления разомкнутой петли обратной связи, поскольку к усилителю не подсоединена цепь ОС. При подключенной цепи ОС (рис. 8.1, б) полное входное напряжение состоит из начального сигнала U1 и части β выходного сигнала, поданного обратно на вход. Сумма этих сигналов усиливается усилителем в Кu раз, так же как и в схеме на рис. 8.1, а, а на выходе возникает выходное напряжение U'2. Следует отметить, что выходные напряжения U2 и U'2 в двух схемах различны, так как в схеме с ОС изменился режим усиления. Напряжение, подведенное с выхода обратно на вход, составляет βfU'2, и поэтому полное входное напряжение усилителя равно U1 = U2 +βfU'2. Входное напряжение, умноженное на коэффициент усиления, равно выходному напряжению

U'2 = (U1 + βfU'2)·Кu

или после раскрытия скобок

U'2 = U1Кu + βfU'2Кu

После преобразований получим

U1Кu = U'2 — βfU'2Кu = U'2(1 — βfКu)

Отношение U'2/U1, обозначенное через К'u, представляет собой, результирующий коэффициент усиления схемы с обратной связью, называемый также коэффициентом усиления с замкнутой цепью ОС:

К'u = U'2/U1 = Кu/(1 — βfКu)

Полученная зависимость показывает, какому изменению подвергается коэффициент усиления схемы в результате применения ОС.

Далее увидим, что и другие свойства усилителя также изменяются и аналогично коэффициенту усиления зависят от члена (1 — βfКu), называемого коэффициентом обратной связи[21].

Что такое положительная обратная связь?

Обратная связь называется положительной, если фаза обратного напряжения, поданного с выхода на вход схемы, совпадает с фазой входного напряжения. При совпадении фаз обоих сигналов на входе усилителя эффективный входной сигнал увеличивается. Это означает, что коэффициент βf, определяющий, какая часть выходного напряжения подается снова на вход, положителен. В связи с этим в соответствии с ранее выведенной зависимостью усиление схемы с положительной обратной связью (ПОС) выражается следующей формулой:

К'u = Кu/(1 — βfКu)

Анализируя эту формулу, приходим к выводу, что увеличение коэффициента βf вызывает рост коэффициента К'u. Если коэффициент усиления усилителя без ОС равен 20, то при использовании ПОС (βf = 0,025) коэффициент усиления при замкнутой цепи ОС составит К'u = 40. Если коэффициент βf увеличивается и произведение βfКu приближается к единице, то коэффициент усиления стремится к бесконечности. Такой вывод следует из математической зависимости, практически, однако, такой случай невозможен. В схеме возникает генерация колебаний, а бесконечный коэффициент усиления означает, что генератор сам «поставляет» на вход сигнал, поддерживающий колебания. Положительная обратная связь является основой работы генераторов, причем условия генерации можно выразить следующим образом: схема работает как генератор, если ОС является положительной и достаточно сильной (βfКu = 1). чтобы поддерживать колебания. Если βfКu < 1, то в схеме наблюдается только рост усиления. Положительная связь такого типа, называемая иногда регенерирующей связью, используется очень редко (в частности, из-за увеличения искажений).