Материал: Аналоговая и цифровая электроника. Учебное пособие. 2000

В резонансных усилителях в качестве нагрузки применяется колебательный контур, умеющий большое сопротивление на резонансной частоте f0 и малое для других частот.

Избирательные свойства усилителя оцениваются добротностью Q:

Q = f 0 ( 2 f ) ,

где f0 – резонансная частота контура; 2Дf – полоса пропускания контура.

Резонансные усилители обладают высокой помехозащищенностью и используются часто в измерительных и в приемопередающих устройствах на высоких и средних частотах. На более низких частотах избирательные

VT1 0.707 Uвых мах

2 f

усилители с резонансными контурами становятся слишком громоздкими.

Поэтому на низких частотах обычно используются избирательные усилители с обратными связями с использованием частотно-избирательных фильтров RC- типа в цепях обратной связи. На рис. 65 приведена структурная схема такого усилителя с двойным Т-образным мостом, включенным в цепь обратной связи усилителя.

На частоте f0 сопротивление Т -образного моста максимально, а отрицательная обратная связь минимальна. Следовательно, усиление будет максимальным. На частотах отличающихся от f0 сопротивление моста

уменьшается и за счет отрицательной обратной связи усиление усилителя уменьшается.

3.10 Усилители мощности

Усилители мощности обычно являются выходными каскадами многокаскадных усилителей и предназначены для получения в нагрузке большой мощности. В связи с этим такие усилители должны иметь высокий

61

КПД и минимальные нелинейные искажения. Усилители мощности выполняются на мощных биполярных и полевых транзисторах, включенных по схеме с ОЭ или с ОК.

По способу включения нагрузки усилители мощности могут быть трансформаторными и бестрансформаторными, а также однотактными и двухтактными. Однотактные усилители работают обычно в режиме А, а

а) б)

Рис. 65. Структурная схема избирательного усилителя с частотно-избирательными фильтрами (а) и его АЧХ (б).

двухтактные – в режиме В или АВ. Схема однотактного усилителя мощности с трансформаторным выходом, работающего в режиме А, приведена на рис.66.

Однотактный усилитель имеет низкий КПД и используется редко. Расчет

такого каскада производят графоаналитическим методом с использованием динамических характеристик.

базы транзисторов. Каскад работает в режиме В. Следовательно, при отсутствии сигнала токи в транзисторах отсутствуют, и к коллекторам транзисторов прикладывается напряжение Un.

62

При поступлении на вход усилителя сигнала Uвх каждая полуволна открывает поочередно один из транзисторов, и через первичную обмотку трансформатора Тр2 протекает ток полуволны. Таким образом, процесс усиления входного сигнала происходит в два такта. КПД двухтактного

трансформаторного усилителя по сравнению с однотактным увеличивается примерно в 1,5 раза и достигает максимального значения 0,785.

Из-за нелинейности начального участка входной характеристики возникают нелинейные искажения (рис. 67, б). Если подать на базу транзисторов небольшое напряжение смещения Uсм, то нелинейные искажения можно свести к минимуму (рис. 67, в).

Бестрансформаторные усилители мощности позволяют упростить схемы усилителей мощности за счет исключения крупногабаритных трансформаторов.

Рис. 67. Усилитель мощности двухтактный с трансформаторным выходом (а), входная характеристика для режима В (б), для режима АВ (в)

Наибольшее распространение получили две схемы бес трансформаторных

63

усилителей мощности: на транзисторах разного типа проводимости и на транзисторах одного типа проводимости (рис. 68).

В каждый полупериод входного напряжения ток формируется одним из транзисторов. Усилитель (б) используется, как правило, в импульсных схемах.

3.11. Операционные усилители (ОУ)

Операционный усилитель – это многокаскадный усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления. Для идеального операционного

Операционные усилители в настоящее время выполняются в виде интегральных схем.

Операционный усилитель характеризуется следующими параметрами:

∙ коэффициент усиления по напряжению KU0 = Uвых . Обычно

Uвх

Рис. 68. Бестрансформаторный усилитель мощности на транзисторах разной проводимости (а) и одного типа проводимости (б).

64

∙частота единичного усиления fед – это частота, на которой коэффициент усиления КU0=1;

∙входное сопротивление Rвх. Для повышения входного сопротивления в первом каскаде могут использоваться полевые транзисторы;

∙выходное сопротивление Rвых обычно составляет сотни Ом;

∙входные токи Iвх(-) и Iвх(+) - это токи, протекающие по входным шинам;

∙разность входных токов Iвх = Iвх(− ) − Iвх( +) . Входные токи могут отличаться друг от друга на (10-20)%;

∙выходной ток Iвых - максимальное значение выходного тока ОУ, при котором гарантируется его работоспособность.

∙скорость нарастания выходного сигнала V – характеризует частотные свойства усилителя при его работе в импульсных схемах. Измеряется в вольтах/микросекунду;

∙напряжение смещения Uсм. Численно напряжение смещения определяется как напряжение, которое необходимо приложить ко входу усилителя для того, чтобы его выходное напряжение было равно “0”. Обычно Uсм от единиц микровольт до десятков милливольт;

∙мощность (или ток) потребления;

∙коэффициент подавления синфазных помех. Кроме перечисленных выше параметров ОУ характеризуются целом рядом предельно-допустимых основных эксплуатационных параметров.

Классификация ОУ. Все операционные усилители имеют либо внутреннюю коррекцию АЧХ, либо внешнюю. В последнем случае к выводам ОУ подключаются внешние пассивные элементы. Некоторые ОУ имеют защиту от короткого замыкания.

В зависимости от назначения ОУ можно подразделить на пять групп: Универсальные ОУ (общего применения) – имеют средние

характеристики, небольшую стоимость и применяются в большинстве приборов (см. приложение)

Прецизионные ОУ используются для усиления малых сигналов в информационно-измерительной аппаратуре. Такие ОУ должны иметь большой

65