Транзисторные усилители электрических сигналов.

Усилителями электрических сигналов называют устройства, предназначенные для усиления мощности электрических сигналов. Обилие задач, решаемых при помощи электрических усилителей, весьма разнообразно, и поэтому трудно классифицировать усилители по какому–либо одному признаку Довольно распространенной является классификация усилителей по типу применяемых усилительных элементов (ламповые, полупроводниковые, оптоэлектронные) и по полосе пропускаемых частот:

а) усилителя низкой частоты (20 – 30000 Гц);

б) усилители высокой частоты (свыше 100 кГц);

в) усилители широкополосные (от долей Гц до нескольких МГц);

г) усилители постоянного тока (медленные колебания напряжения или тока).

Обычно любой электрический усилитель содержит несколько усилительных каскадов, каждый из которых является самостоятельным простейшим усилителем.

Усилительный каскад содержит активный усилительный элемент (полупроводник) и набор вспомогательных деталей (конденсаторов, резисторов, индуктивностей), обеспечивающих заданный режим работы усилительному элементу и связь между отдельными усилительными каскадами. Кроме того, в состав усилителя входят входные и выходные устройства и источники питания сетевого или автономного.

Структурную схему усилителя можно представить в следующем виде (рис.2-1)

В общем виде усилитель можно рассматривать как регулятор мощности электрической энергии, поступающей из источников питания в нагрузку, причем это регулирование осуществляется в соответствии с изменением входного сигнала (непрерывно, плавно, линейно и однозначно).

Название отдельных элементов структурной схемы усилителя следующее:

1. Входное устройство – «ВХ.У» предназначается для согласования сопротивлений источника сигнала – «ec» с входа первого каскада предварительного усиления – «1КПУ».

2. Каскады предварительного усиления (их может быть несколько) усиливают амплитуду входного сигнала до величины, необходимой для нормальной работы усилителя мощности – «УМ».

3. Усилитель мощности (иногда его называют оконечным усилителем) предназначен для отдачи в нагрузку заданной мощности усиленного сигнала – Р.

По способу соединения отдельных усилительных каскадов между собой различают усилители:

- с непосредственными (гальваническими) связями;

- резистивно–емкостными связями (RC –усилители);

- с трансформаторными связями.

При усилении электрических сигналов неизбежно возникают некоторые отклонения формы выходного сигнала от формы входного. Данные, характеризующие свойства усилителя и вносимые им искажения, называются показателями качества работы усилителя. Важнейшими из них являются следующие:

 

Рис. 13-1 Структурная схема усилителя (блок-схема)

Коэффициент усиления.

В зависимости от целевого назначения усилители имеют коэффициенты:

а) усиления по току Кi =Iвых/Iвх;

б) усиления по напряжению Кu = Uвых/Uвх;

в) усиления по мощности Кр = Pвых/Pвх, где Iвых – ток в нагрузке, Iвх – ток, потребляемый от входного источника сигнала ec, Рвых мощность, выделяемая в нагрузке, Pвх – мощность, потребляемая от входного источника ec.

Для многокаскадных усилителей общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов:

К=K₁ ´ К₂ ´ … ´ К_n, (13.1)

где n – число каскадов.

 

Часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах децибелах – дБ, что позволяет заменить произведение коэффициентов усиления суммой их логарифмов и строить логарифмические амплитудно–частотные характеристики (ЛАЧХ) усилителей. Такой подход позволяет исследовать и синтезировать усилители с заданными амплитудными и частотными характеристиками.

Коэффициенты усиления в децибелах:

Ku=20lgKu=20 lg(Uвых/Uвх);

Ku=20lg(Iвых/Iвх);

Ku=10lg(Pвых/Pвх); (13.2)

 

Полоса пропускаемых частот (полоса пропускания) усилителя. Полосой пропускания называются тот диапазон частот, в пределах которого усилитель обеспечивает заданную величину коэффициента усиления (не ниже чем в корень из 2–х раз от максимального).

Диапазон частот ограничивается верхней и нижней граничной частотами, за пределами которых частотная характеристика усилителя снижается ниже допустимого уровня. Снижение (завал) частотной характеристики происходит из–за наличия в схеме усилителя реактивных элементов, сопротивление которых зависит от частоты сигналов, подаваемых на вход усилителя.

Идеальная амплитудно–частотная характеристика усилителя имеет форму прямоугольника с основанием равным полосе пропускания усилителя и высотой равной Ко. Реальная частотная характеристика в силу указанных выше причин приобретает вид, изображенный на рис. 2-2

Рис13 -2 Амплитудно-частотная характеристика усилителя

 

 

На амплитудно–частотную характеристику усилительного каскада наибольшее влияние оказывают две емкости: емкость разделительного конденсатора и паразитная емкость, нагружающая каскад по переменной составляющей выходного сигнала – Первая из них включена последовательно с входом каскада, вторая – параллельно выходу каскада.

Поскольку емкостное сопротивление конденсатора определяется частотой сигнала:

, (13.3)

то ёмкость C₁ снижает усиление каскада в области нижних частот, а емкость С₂ – в области верхних частот. На средних частотах влиянием емкостей С₁ и С₂ можно пренебречь и поэтому усиление каскада будет максимальным.

 

Чувствительность усилителя. Чувствительность усилителя определяется той минимальной величиной тока или напряжения на входе усилителя, при которой на выходе усилителя создается номинальная мощность. Под номинальной мощностью обычно понимают мощность, при которой искажения не превышают допустимой величины при работе на расчетную нагрузку.

 

Собственные шумы усилителя. Собственными шумами усилителя называются сигналы на выходе усилителя, которые существуют и при отсутствии полезных сигналов на входе усилителя.

Возникают собственные шумы в результате теплового перемещения зарядов на сопротивлениях и хаотического движения носителей зарядов в области базы транзистора.

Оцениваются собственные шумы по шумовому фактору, равному отношению мощности шума на выходе усилителя к произведению к мощности шума на входе усилителя, помноженному на коэффициент усиления:

 

 

Динамический диапазон частот. Динамическим диапазоном усилителя называется отношение величины максимального допустимого сигнала на входе усилителя к минимально – допустимому сигналу на его входе и обычно оценивается в децибелах. Определяется он по линейной части амплитудной характеристики усилителя рис. (2-3)

Амплитудная характеристика усилителя не линейна как в области малых, так и в области больших сигналов. В области малых сигналов отклонения от прямой линии связаны с собственными шумами усилителя, в области больших сигналов – с нелинейными искажениями, вносимыми активными усилительными элементами (в основном – перегружающимися транзисторами) при выходе рабочей точки за пределы линейного участка характеристики.

 

 

Нелинейные искажения. Нелинейными искажениями называют искажения формы усиливаемого сигнала в результате нелинейности вольтамперных характеристик отдельных элементов схемы усилителя (например, транзисторов, катушек индуктивности с ферромагнитными сердечниками и т.д.). Причиной появления значительных нелинейных искажений может быть или неправильный выбор начального положения рабочей точки транзистора, или чрезмерно большая величина входного сигнала, или неправильно рассчитанная индуктивность.

Проявляются нелинейные искажения в том, что при подаче на вход усилителя чисто синусоидального сигнала, на его выходе появляются новые гармонические составляющие, искажающие форму первоначального сигнала.

Оцениваются нелинейные искажения по коэффициенту гармонии, равному отношению геометрической суммы n напряжений высших гармоник Ui к амплитуде первой гармоники U₁ на выходе усилителя:

(13.4)

 

 

В практических расчетах обычно ограничиваются несколькими первыми гармониками, поскольку амплитудные значения гармонии более высоких порядков незначительны.

 

Линейные искажения. К линейным искажениям относятся частотные и фазовые искажения. Частотные искажения оцениваются по амплитудно–частотной характеристике усилителя (см. рис.2-2).

Мерой частотных искажений служит коэффициент частотных искажений, определяемый как отношение коэффициента усиления на средних частотах к коэффициенту усиления на данной частоте.

Обычно при расчетах значения коэффициентов на данных граничных частотах принимаются равными друг другу. В этом случае коэффициент частотных искажений определяется как:

 

(5)

 

Фазовые искажения возникают в результате неодинакового времени прохождения отдельных гармонических составляющих сложного сигнала через реактивные элементы схемы усилителя.

В результате на выходе усилителя образуются фазовые (во времени) сдвиги гармонических составляющих

График зависимости угла сдвига фаз от частоты усиливаемого сигнала называется фазовой характеристикой усилителя.(рис.13-4)

 

Рис13-3Амплитудная характерисика усилителя

Рис.13-4 Фазовая характеристика усилителя.

 

 

Переходные искажения. Переходные искажения играют существенную роль в импульсном усилителе. Эти искажения вызваны переходными процессами в цепях усилителя содержащих реактивные элементы, а также инерционностью активных усилительных элементов (рис. 13-5).

Переходные искажения оцениваются по переходным характеристикам усилителя, представляющим собой зависимость мгновенного значения выходного напряжения от времени при подаче на вход усилителя единичной ступени напряжения (скачка напряжения) Uвх.

Переходные искажения подразделяются на искажения фронтов и вершин усиливаемых импульсов. Искажения фронтов импульса характеризуются временем установления - t_ф, т.е. временем, в течение которого амплитуда выходного сигнала возрастает от 0,1 до 0,9 своего максимального значения. Искажения плоской вершины выходного импульса характеризуются выбросом d и спадом плоской вершины импульса .

Рис.13-5. Переходная характеристика усилителя

 

 

Перед рассмотрением вопроса принципа работы усилителного каскада необходимо рассмотреть динамические характеристики усилительного каскада, в котором транзистор включен по схеме с ОЭ и когда вход и выход схемы подключены к источникам смещения и .(рис 13-6)

 

Рис. 13-6 Простейшая схема усилительного каскада, включенного по схеме с ОЭ.

 

Если на вход не подан сигнал, то по второму закону Киргофа

(13.6)

или

(13.7)

Это уравнение динамического режима или уравнение нагрузочной прямой.

Принцип работы усилительного каскада. Принцип работы усилителя рассмотрим на примере усилительного каскада (рис. 13-7)

Здесь происходит усиление как по току, так и по напряжению.

а , следовательно

, т.е. и

 

 

 

 

Рис. 13-7 Принцип работы усилительного каскада

Пусть на выход подаётся синусоидальный сигнал.

 

(13.8)

Если на вход подаётся положительный потенциал, то транзистор закрыт (отсечка), тогда , т.к. (см. уравнение 7.) Если на базу подаётся отрицательный потенциал (участок ав), то транзистор открыт (насыщение), тогда повторяет , но с большей амплитудой и в противофазе

(13.9)

Итак, при подаче на вход усилительного каскада небольшого переменного напряжения на выходе получается усиленный источником питания сигнал той же формы. Однако амплитуда не может превысить . Таким образом, имея транзистор можно при помощи маломощного источника переменного входного напряжения , управлять энергией источника питания (). Если к усилительному каскаду добавить Rб₁, а так же термостабилизирующую цепочку Rэ и Сэ, то получают полную схему одиночного усилительного каскада. (рис. 13-8). Также усилители имеют частотный спектр сигнала от десятков Гц до десятков кГц и называются усилителями низкой частоты (УНЧ).

 

Рис. 13-8. Полная схема одиночного усилительного каскада с общим эмиттером (УНЧ).

силенный источником питания нияа на бациал (0ф

1) и - резисторы, которые образуют делители напряжения питания.

Прежде чем подать на вход схемы переменное входное напряжение, необходимо обеспечить определённый режим работы транзистора по постоянному току. Эммитерный p-n – переход смещен в прямом направлнии (, а коллекторный – в обратном . Напряжение от , падающее на , создает , определяющее рабочую точку А.

Обычно . В этом случае при изменении напряжение смещения на базе остается постоянным, что обеспечивает активный режим транзистора.

Сопротивление делителя:

; (13.10)

2) - резистор нагрузки, обемпечивающий режим работы транзистора. На выделяется мощность усиливаемого сигнала.

3) и - разделительные конденсаторы. не дает возможности постоянному току протекать через источник входного сигнала. - на пропускает постоянную составляющую тока в следующий усилителный каскад.

4) - цепочка предназначена для термостабилизации режима работы усилительного каскада.

 

Усилитель низкой частоты с двумя каскадами усиления (УНЧ). На рис. 13-9 представлена схема УНЧ, которая состоит из двух усилительных каскадов с электроёмкостной связью и применяется в уселителях переменного напряжения. Разделительные конденсаторы С₁ и С₂ служат для того, чтобы на вход следующего каскада подавалась только переменная, составляющая коллекторного напряжения, предыдущего каскада. Остальные элементы имеют такое же назначение как и элементы полной схемы усилительного каскада (рис. 2-8).

Рис. 13-9. Схема усилителя низкой частоты с двумя каскадами.

Схема замещения усилительного каскада. На рис. 13-10 представлена эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ.

Рис. 13-10. Схема замещения усилительного каскада с ОЭ. (А – управляющий источник тока базы, Rн- эквивалентное сопротивление нагрузки).

В этой схеме - это эквивалентное сопротивление усилителя. Сопротивление первого каскада Rн, которое равно входному сопротивлению второго каскада легко можно рассчитать пользуясь рис.13-20.

 

Динамическая характеристика каскада усилителя и режимы его работы. Рабочая точка. Построение выходной характеристика позволяет определить ток, протекающий по цепи и, следовательно, падение напряжений на каждом участке цепи.

Для построения выходной характеристики (нагрузочной линии) (рис. 13-11а) на семействе выходных статических характеристик можно воспользоваться методом холостого хода и короткого замыкания. При коротком замыкании транзистора ток в цепи нагрузки будет равен (точка a на оси ординат), а при холостом ходе ток в цели будет равен 0, на резисторе R не будет падения напряжения и напряжение на коллекторе транзистора будет равно напряжению питания (точка b на оси абсцисс).

Прямая, соединяющие точки a и b и будет динамической характеристикой (или нагрузочной линией). Рабочая точка А – это точка пересечения нагрузочной прямой с выбранным значением Iб.

Для определения входного напряжения (Uбэ) строят входную динамическую характеристику на семейство входных статистических характеристик (рис. 13-11а).

В состоянии покоя (Uвх=0), в цепи БЭ протекает ток покоя Iбо, а напряжение Uбэ=Uбо. Это электрическое состояние входной цепи каскада можно изобразить в виде точки С на входной динамической характеристике и ей соответствует выходной динамической характеристике также точка С (Uко, Iко). Также точка называется рабочей точкой. Если Uвх превышает величину, составляющую линейному участку 1,2 входной динамической характеристики, то возникает искажение форм входного сигнала.

 

РИС.13-11.Режимы работы усилительного каскада.

Пересечение, полученной нагрузочной линии и вольтамперной характеристики транзистора по заданным базовым током Iбр, определяемым величиной резистора в цепи базы Rб, задает начальное положение рабочей точки С, координаты которой характеризуют ток покоя Iкр, протекающий по цепи и падение напряжений на каждом из участков цепи (на активном сопротивлении U_Rk и на транзисторе Uкэп.

При появлении на входе усилительного каскада сигнала переменного напряжения Uвх, постоянный ток в цепи базы начнет алгебраически суммироваться с изменяющимся током входного сигнала. Рабочая точка С при этом начнет перемещаться по нагрузочной линии в пределах, определяемых амплитудой тока входного импульса. Перемещение рабочей точки С будет вызывать изменение коллекторного тока Iк и коллекторного напряжения Uкэ. Если перемещение рабочей точки не достигнет пределов, отмеченных цифрами 1 и 2 на нагрузочной линии, то усиленный ток в выходной цепи транзистора будет протекать через резистор Rk в течение всего периода изменения входного сигнала. Транзистор при этом будет работать в активной области, без отсечки или насыщения коллекторного тока. Такой режим работы транзистора называется режимом усиления малого сигнала или режимом усиления класса «А» (иногда режим усиления называют классом).

Если же рабочая точка в результате соответствующего выбора ее начального положения или слишком большой амплитуды входного сигнала окажется в области насыщения, то на оба перехода транзистора попадет смещение в прямом направлении, оба р–n перехода транзистора полностью откроются и транзистор почти целиком будет пропускать коллекторный ток. Причем дальнейшее увеличение амплитуды входного сигнала уже не будет вызывать дальнейшего увеличения коллекторного тока. При положении рабочей точки в области отсечки оба р–n перехода транзистора закроются. Он скажется в запертом состоянии и практически не будет пропускать коллекторный ток.

 

 

Рис.13-11а. Работа каскада в режиме усиления класса «А»

 

Таким образом, в зависимости от начального положения рабочей точки и амплитуды входного сигнала, ток в нагрузке может протекать либо в течение всего периода изменения входного сигнала, либо в течение какой–то определенной части этого периода.

В зависимости от этого различают три основных режима усиления классов: «А», «В», «С», «АВ», «Д».

Количественно режимы усиления характеризуются величиной угла отсечки Q. Под углом отсечки понимают половину той части периода, в течение которой протекает ток через выходную цепь усилительного элемента.

Очевидно, что для режима усиления класса «А», рассмотренного выше, угол отсечки Q составляет 180°. В режиме усиления класса «В» угол отсечки составляет Q – 90°, в режиме усиления класса «С» угол отсечки Q меньше 90°.

Режим усиления класса «А» обеспечивает минимальные искажения усиливаемого сигнала, однако он неэкономичен по расходованию энергии источников питания, поскольку в этом режиме постоянная составляющая тока все время проходит через выходную цепь усилительного каскада. Поэтому транзисторные схемы, работающие в режиме усиления класса «А», применяются в основном каскадах предварительного усиления.

В каскадах усиления мощности, в тех случаях, когда в нагрузку требуют отдать наибольшую мощность усиливаемого сигнала при минимальном расходовании энергии источников питания, применяется режим усиления класса «В», обладающий высоким коэффициентом полезного действия (до 70–75%).

Поскольку усилительные каскады, работающие в режиме усиления класса «В», пропускают только одну полуволну усиливаемого напряжения, то в выходных каскадах усилителей применяют двухтактные симметричные каскады, позволяющие получить высокий коэффициент полезного действия при допустимых нелинейных искажениях. (рис. 13-12).

 

 

 

Рис. 13-12. Работа усилительного каскада в режиме усиления класса «В».

Режим класса «С» применяют в мощных усилителях. Этот режим характерен тем, что ток коллектора протекает в течении промежутка времени, которое меньше периода входного сигнала, а ток покоя не наблюдается () рис. 13-13.

 

 

Рис. 13-13. Работа каскада в режиме усиления класса «С».

Стабилизация положения рабочей точки. Основные свойства усилительного каскада определяются положением начала рабочей точки, которые задаёт ток покоя выходной цепи Iок. Поэтому при изменении температуры, замене активного элемента и т.д. положение рабочей точки не должно изменяться.

Эмиттерная стабилизация. Такая стабилизация осуществляется ООС по постоянному току. Напряжение ОС снимается с резистора Rэ, который включен в цепь эмиттера. С изменением температуры изменяется ток коллектора Iок и ток покоя эмиттера Iоэ и, например, они увеличиваются. Рабочая точка должна подняться вверх, но этого не произойдёт, т.к. напряжение смещения Uоб уменьшится и при этом уменьшатся и токи транзистора, а рабочая точка останется на месте.

Коллекторная стабилизация. Такая стабилизация осуществляется ООС по напряжению. Если напряжение подать через Rб, который находится между коллектором и базой, то Uоб очень мало и им можно пренебречь, а при увиличении, например, температуры, и следовательно увеличению Iок, напряжение на резисторе (Rб*Iоб) уменьшится, т.е. уменьшится Iоб, а это в свою очередь не допустит увеличение тока Iок.

Обратная связь в усилителях. Обратной связью в усилителях (ОС) называют передачу электрического сигнала с выхода усилителя на его вход (рис. 13-14).

Коэффициент передачи цепи обратной связи:

, (13.11)

который показывает, какая часть выходного сигнала передаётся на вход усилителя.

Рис. 13-14. Обратная связь в усилителях.

 

Коэффициент усиления по напряжению при отсутствии обратной связи:

………………………………………………………….(13.12)

Различают в усилителях положительную и отрицательную связь.

ОС называется положительной, если Uос совпадает по фазе с Uвх и суммируется с ним. Коэффициент усиления усилителя ……………………….(13.13)

При ПОС коэффициент усиления увеличивается, но увеличиваются все виды искажений. ОС называется отрицательной, если Uос и Uвх находятся в противофазе и взаимно вычитаются.

 

……………………………(13.14)

При ОС коэффициент усиления уменьшается и уменьшает все виды искажений, увеличивает Rbx и стабилизирует работу схемы.

В зависимости от присоединение ОС к входу усилителя различают: ОС последовательную по напряжению (рис. 13-15А), последовательную по току (рис. 13-15В), параллельную по напряжению (рис. 13-15Б), параллельную по току (рис13-15Г) и последовательную комбинированную (рис.13-15д).

 

Рис. 13-15. Обратная связь в усилителях.

 

Трансформаторные усилители мощности. Усилители мощности используются для передачи в нагрузку максимальной мощности и в этой связи следует иметь в виду, что важным параметром схемы является коээициент полезного действия (КПД). КПД таких устройств должен быть высоким, что достигается при определённом соотношении между сопротивлением нагрузки и выходным сопротивлением. Эти соотношения достигаются при включении в схему усилителя трансформаторов и в конечном итоге усиление мощности зависит от коэффициента трансформации выходного трансформатора. Трансформаторные усилители мощности работают в режиме А,В и АВ.

 

Однотактный трансформаторный усилитель мощности. Однотактные усилители мощности применяются для относительно малых выходных мощностях (4-5 Вт). Примером усилителя мощности является однотактный, который включается по схеме с ОЭ. (рис. 13-16).

 

рис. 13-16. Однотактный трансформаторный усилитель мощности.

 

 

Однотактные усилители мощности работают в режиме усиления «А», который характеризуется тем, что через транзистор ток проходит в течение всего периода. Максимальное мгновенное коллекторное напряжение Uкm (рис.13-11)может значительно превышать (почти в 2 раза) Ek за счёт ЭДС самоиндукции в обмотках трансформатора. Тогда на первичную обмотку ТР₂ будет подаваться мощность равна:

 

Р=0,5 Ukm/Ikm ……………………….(13.15)

Мощность на нагрузке составляет

 

Pн= P*КПД, ………………………..(13.16)

где КПД трансформатора составляющая 0,75÷0,95.

Мощность, которая потребляется усилителем от источника питания

 

Рп=EкIкн ………………………..(13.16а)

Отношения Р к Ру для реальных схем составляет 0,3÷0,35.

Тогда КПД усилителя есть отношение Pн к Pп.

Как показывают расчёты теоретический КПД усилителя равен 50%, а реальный КПД 30%÷35%.

Двухтактные трансформаторные усилители мощности. Двухтактный трансформаторный усилитель мощности может работать в схемах с ОЭ и с ОБ и в режимах классов А, В, АВ. рассмотрим схему двухтактного усилителя мощности в схеме с ОЭ и в режиме класса В (рис.13-17).

Рис. 13-17. Двухтактный трансформаторный усилитель мощности.

 

Если на базу подаётся отрицательная полуволна входного сигнала, то транзистор открыт, а при подаче положительной полуволны – транзистор заперт и таким образом в режиме класса В через транзистор проходит ток только в течение полупериода. Электрические токи в первичной обмотке выходного трансформатора за оба полупериода будут направлены встречно и поэтому во второй обмотке ток будет синусоидальным заданной увеличенной амплитуды. Применение класса В позволяет увеличить КПД схемы до 80% за счёт уменьшения потерь мощности в транзисторах. Нелинейные искажения могут быть уменьшены за счёт создания незначительного смещения входной цепи в цепи базы.

Следует заметить, что для снижения нелинейных искажений следует применять для усилителей режим класса АВ, но КПД при этом снижается.

 

Бестрансформаторный усилитель мощности. Схема двухтактного усилителя мощности на транзисторах p-n-p и n-p-n показана на рис. 13-18.

 

Рис. 13-18. Схема двухтактного усилителя мощности.

Транзисторы VT1 и VT2 усилителя работают в режиме класса В аналогично как в двухтактном трансформаторном усилители. При поступлении на вход положительной полуволны VT1 работает в режиме усиления, а VT2 в режиме отсечки. При подаче на вход отрицательной полуволны транзисторы меняются ролями. Максимальная мощность на нагрузке Rн:

(13.17)

Чтобы уменьшить нелинейные искажения следует применять для таких усилителей режим класса АВ.

 

Импульсные усилители (ИУ).

ИУ предназначены для усиления импульсных сигналов и работает такой усилитель аналогично усилителю изображённому на рис. 2-8.Импульсные сигналы любой формы – сумма постоянной состовляющей и гармонических колебаний различных частот. Импульс на выходе усилителя не будет искажаться, только при достаточно широкой полосе пропускания усилителя. Удлинение фронта и выброс является следствием завала частотной характеристики в области верхних частот, а скос вершины – завала в области низких частот. Для устранения искажения импульса вводят корректирующие цепи.

а) низкочастотная коррекция (рис.13-19)- коррекция плоской вершины импульса.

 

Рис. 13-19 Низкочастотная коррекция

 

Искажение плоской вершины импульса происходит из-за наличия . При зарядке на низких частотах ее сопротивление увеличивается ( ), а следовательно увеличивается падение напряжения на нем,что приводит к снижению .

Целью коррекции явл. увеличение по мере уменьшения частоты. Для этого в цепь коллектора включается цепочка и выбирается большой для того, чтобы на верхних частотах его сопротивление было маленьким, и оно шунтировало бы . В этом случае цепь не оказывает влияние на работу усилителя.

С уменьшением частоты увеличивается и уже не шунтирует и общее сопротивление возрастает, а следовательно возрастает общее сопротивление коллекторной нагрузки.(), а вместе с тем увеличивается и напряжение ,что приводит к увеличению .

В этом случае увеличивается полоса пропускания за счет низких частот и устранияется скос плоской вершины импульса.

б) Высокочастотная коррекция(рис. 13-20) – коррекция форнта импульса.

Рис. 13-20. Высокочастотная коррекция

Рис. 13-21. Схема замещения высокочастотной коррекции.

Корректирующая индуктивность выбирается маленькой, чтобы на Н.Ч. и С.Ч. было мало и не оказывало влияния на работу цепи. Емкость образует с и параллелный резонанский контур, где - емкость нагрузки; - емкость монтажа; -выходная емкость транзистора (13-21)

При высокой частоте контур находится вблизи резонанса и сопротивление его возрастает. Возрастает и , расширяется полоса пропускания за счет .

 

Усилители постоянного тока (УПТ). УПТ называют усилитель, предназначенный для усиления постоянных и медленно изменяющихся электрических сигналов. Схема УПТ представлена на рис. 13-22.

 

 

 

Рис. 13--22. Схема УПТ

АХЧ усилителя постоянного тока представлена на рис. 2-23.

 

 

 

Рис. 13-23 АЧХ для УПТ.

 

Полоса пропускания частот УПТ должна иметь нижнюю границу =0

В схеме УПТ не должно быть конденсаторов (между каскадами, а также блокировочных и разделительных). При , . В УПТ может самопроизвольно изменятся независимо. Это называют дрейфом нуля усилителя. Дрейф нуля искажает усиливаемые сигналы и нарушает работу цепи. Причиной является температурная и временная нестабильность элементов.

 

Дифференциальные усилители. Дифференциальные усилители (ДУ) по своей структуре являются УПТ. Схема ДУ приведена на рис. 13-24. Они имеют два входа и два выхода. Рассмотрим схему замещения дифференциального каскада.

 

Рис. 13-24 Схема ДУ Рис. 13-25 Схема замещения ДУ