ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЗИСТОРНОГО
ПІДСИЛЮВАЛЬНОГО КАСКАДУ
ОСНОВНІ УМОВНІ ПОЗНАЧЕННЯ І СКОРОЧЕННЯ
АЧХ – амплітудно-частотна характеристика;
ПХ – перехідна характеристика;
СЧ – середні частоти;
НЧ – низькі частоти;
ВЧ – високі частоти;
К – коефіцієнт посилення підсилювача;
Uc - напруга сигналу частотою w;
Cp – розділовий конденсатор;
R1, R2 – опору дільника;
Rк - колекторний опір;
Rе - опір у ланцюзі емітера;
Cе - конденсатор у ланцюзі емітера;
Rн – опір навантаження;
Сн – ємність навантаження;
S - крутість трагзистора;
Lк - коригуюча індуктивність;
Rф, Сф – елементи НЧ – корекції.
1. МЕТА РОБОТИ.
Метою цієї роботи є:
1) вивчення роботи резисторного каскаду у сфері низьких, середніх та високих частот.
2) вивчення схем низькочастотної та високочастотної корекції АЧХ підсилювача;
2. ДОМАШНЕ ЗАВДАННЯ.
2.1. Вивчити схему резисторного каскаду, усвідомити призначення всіх елементів підсилювача та їх вплив на параметри підсилювача (підрозділ 3.1).
2.2. Вивчити принцип роботи та принципові схеми низькочастотної та високочастотної корекції АЧХ підсилювача (підрозділ 3.2).
2.3. З'ясувати призначення всіх елементів на лицьовій панелі лабораторного макету (розділ 4).
2.4. Знайти відповіді всі контрольні питання (розділ 6).
3. РЕЗИСТОРНИЙ КАСАКАД НА БІПОЛЯРНОМУ ТРАНЗИСТОРІ
Резисторні підсилювальні касакади широко застосовують у різних галузях радіотехніки. Ідеальний підсилювач має рівномірну АЧХ у всій смузі частот, реальний підсилювач завжди має спотворення АЧХ, насамперед зниження посилення на низьких і високих частотах, як показано на рис. 3.1.
Схема резисторного підсилювача змінного струму на біполярному транзисторі за схемою із загальним емітером представлена на рис. 3.2, де Rc - внутрішній опір джерела сигналу Uc; R1 та R2 - опори дільника, що задають робочу точку транзистора VT1; Rе - опір ланцюга емітера, яке шунтується конденсатором Се; Rк - колекторний опір; Rн – опір навантаження; Cp - розділові конденсатори, що забезпечують поділ постійного струму транзистора VT1 від ланцюга сигналу і ланцюга навантаження.
Температурна стабільність робочої точки зростає при збільшенні Rе (за рахунок збільшення глибини негативного зворотного зв'язку в касакаді на постійному струмі), стабільність робочої точки також зростає і при зменшенні R1, R2 (за рахунок збільшення струму дільника та підвищення температурної стабілізації потенціалу бази VT1). Можливе зменшення R1,R2 обмежено допустимим зниженням вхідного опору підсилювача, а можливе збільшення Rе обмежено максимально допустимим падінням постійної напруги на опорі емітера.
3.1. Аналіз роботи резисторного підсилювача в області низьких, середніх та високих частот.
Еквівалентна схема отримана з урахуванням того, що на змінному струмі шина живлення (“-Е п ”) та загальна точка (“земля”) є короткозамкненими, а також з урахуванням припущення 1/wCе<< Rэ, когда можно считать эмиттер VT1 подключенным на переменном токе к общей точке.
Поведінка підсилювача по-різному в області низьких, середніх і високих частот (рис. 3.1). На середніх частотах (СЧ) , де опір роздільного конденсатора Ср нехтує мало (1/wCр<< Rн), а влиянием емкости Со можно пренебречь, так как 1/wCо >> Rк, еквівалентна схема підсилювача перетворюється на схему рис.3.4.
Зі схеми рис.3.4 слід, що у середніх частотах посилення касакада До залежить від частоти w:
К = - S/(Yi + Yк + Yн),
звідки з урахуванням 1/Yi > Rн > Rк отримуємо наближену формулу
Отже, в підсилювачах з високоомним навантаженням номінальний коефіцієнт підсилення К прямо пропорційний величині опору колектора Rк.
В області низьких частот (НЧ) також можна знехтувати малою ємністю З, але необхідно врахувати зростаючий зі зниженням w опір розподільчого конденсатора Ср. Це дозволяє одержати з рис. 3.3 еквівалентну схему підсилювача НЧ у вигляді рис.3.5, звідки видно, що конденсатор Ср і опір Rн утворюють дільник напруги, що знімається з колектора транзистора VT1.
Чим нижче частота сигналу w тим більше ємнісний опір Ср (1/wCр), і тим менша частина напруги потрапляє на вихід, в результаті чого відбувається зниження посилення. Таким чином, Ср визначає поведінку АЧХ підсилювача в області НЧ та практично не впливає на АЧХ підсилювача в області середніх та високих частот. Чим більше Ср, тим менше спотворення АЧХ в області НЧ, а при посиленні імпульсних сигналів - тим менше спотворення імпульсу в області великих часів (спад плоскої частини вершини імпульсу), як показано на рис.3.6.
У сфері високих частот (ВЧ), як і СЧ, опір роздільного конденсатора Ср зневажливо мало, у своїй визначальним на АЧХ підсилювача буде наявність ємності З. Еквівалентна схема підсилювача в області ВЧ представлена на схемі рис.3.7, звідки видно, що ємність З шунтує вихідну напругу Uвих, отже з підвищенням w зменшуватиметься посилення касакада. Додатковою причиною зниження посилення на ВЧ є зменшення крутості транзистора S за законом:
S(w) = S/(1 + jwt),
де t – постійна часу транзистора.
Шунтуюча дія буде позначатися менше при зменшенні опору Rк. Отже, збільшення верхньої граничної частоти смуги посилюваних частот необхідно зменшувати колекторний опір Rк, проте це неминуче призводить до пропорційного зниження номінального коефіцієнта посилення.
Одним з варіантів помітного підвищення якості відтворення музичних файлів є спосіб поділу сигналу на частотні складові (НЧ, СЧ, ВЧ) у попередніх малопотужних каскадах та подальше їх посилення відповідними вузькосмуговими підсилювачами та динамічними системами. Такий варіант дозволяє, наприклад, позбавитися необхідності застосування пасивних RLC-фільтрів в акустичних системах, які вносять неминучі згасання і спотворення сигнал вже на виході його з підсилювального тракту. Також такий варіант дає можливість застосування окремих акустичних систем для низьких частот () і значно менш вимогливих до потужності невеликих СЧ і ВЧ випромінювачів. Вимоги до характеристик самих підсилювачів потужності теж однакові для НЧ, СЧ і ВЧ сигналів і запропонований варіант дає можливість використовувати такі підсилювачі оптимальним чином. У статті буде наведено приклад побудови системи роздільного, двосмугового відтворення середньої потужності. При її виготовленні ставилося завдання максимально ефективного використання наявних ще з радянських часів малогабаритних широкосмугових акустичних систем "Radiotehnika S-30" та АС "PHILIPS FB-20PH". Звичайно, з пропонованим підсилювачем можливе застосування будь-яких інших систем, аналогічних за потужністю та характеристиками.
Як відомо всім, хто зіштовхувався свого часу з колонками S-30, якість відтворення звуку цими АС була дуже посередньою, особливо в середньому діапазоні (СЧ-ВЧ) через застосування динамічних головок з не дуже високими параметрами. Але використовувати ці колонки як «сабвуфери» для звичайних житлових приміщень цілком можливо. У той же час наявні колонки від мінікомплексу «PHILIPS» з номінальною потужністю по 20 Вт, досить якісно відтворюють СЧ-ВЧ складові сигналу, але мають відчутний завал на частотах нижче 90 Гц. Тому виник такий варіант використання цієї акустики з максимально можливою віддачею.
Одним з важливих плюсів у цьому варіанті, як уже говорилося вище, є те, що підсилювач потужності для кожної смуги частот - окремий і може бути підібраний за потужністю та характеристиками оптимальним чином. Виходячи з номінальних потужностей акустики, було прийнято рішення використовувати як УМЗЧ спеціалізовані мікросхеми-підсилювачі потужності (звичайно, можна використовувати МС інших серій у відповідному включенні або, наприклад, транзисторні схеми). Такі мікросхеми потужністю до 45 ВТ на канал (містять зазвичай 2, 4 канали) широко застосовуються в малогабаритній радіотехніці, наприклад автомагнітолах.
Попередні каскади з фільтрами
Оскільки мікросхеми підсилювачів потужності серії TDA, застосовані в цьому підсилювачі, мають однополярне живлення (+8...18 В), то каскади попереднього посилення вибиралися з однополярним живленням. При цьому ставилося завдання використовувати схеми з мінімальною кількістю каскадів і активних елементів в них для зниження спотворень, що вносяться цими каскадами, у вихідний сигнал. Як вхідний каскад з фільтром, що виділяє НЧ-складову сигналу, була застосована схема на рис.1, опублікована свого часу в одному з номерів журналу «Моделіст-Конструктор», але із заміною транзисторів на сучасні аналоги та зміною частоти зрізу фільтра під вищезгадану акустику.
Тут транзистор Т1 працює як фазер, напруги в протифазі виникають на резисторах R3 і R4. Прямий сигнал знімається з емітера і подається на наступний каскад транзисторі Т2. Він пропускає СЧ та ВЧ складові сигналу та затримує низькі частоти, які проходять на вихід НЧ через каскад на Т3. Частота зрізу вибирається підбором конденсаторів С3 і С4, у разі вона близько 150 Гц. Частоту зрізу можна зрушити у бік вищих частот, зменшуючи ці ємності. Наприклад, у вихідній схемі, при ємностях С3=С4 = 330 пФ частота зрізу була вказана рівною 3 кГц. На жаль, знайти вихідну схему з докладним описом та розрахунками мені не вдалося, тому частота зрізу і ці ємності підбиралися в готовій схемі дослідним шляхом за найкращим співвідношенням звучання НЧ та СЧ-ВЧ колонок. Крутизна зрізу фільтра близько 12 дБ на октаву. Сигнал СЧ+ВЧ з виходу цього фільтра подається безпосередньо на підсилювач потужності середніх-високих частот, а низькочастотний сигнал на ще один фільтр - інфранізких частот (сабсонік), який зрізає частоти нижче 30 Гц (рис.2).
Це дозволяє позбутися відповідних коливань дуже низьких частот, які практично не відтворюються динаміками, що застосовуються, проте викликають непотрібні нам коливання їх дифузорів з великою амплітудою, що призводить до великих перевантажень і спотворень сигналу. Частота зрізу фільтра задається елементами С2, С3, С4, R4, R5, а режим роботи транзистора Т1 підбором номіналу резистора R3 (слід виставити на колекторі цього транзистора приблизно половину напруги живлення каскаду, тобто 4,5 V). На виході фільтра включений змінний резистор (можливо від 10 до 100 кОм, це залежить від вхідного опору увімкненого за ним підсилювача потужності). З його допомогою можна регулювати рівень посилення низьких частот щодо СЧ-ВЧ для вирівнювання сумарної частотної характеристики системи. Шунтуючий конденсатор C5 після змінного резистора потрібен для додаткового зрізу частот вище 1000 Гц, щоб усунути можливі вч-шуми і наведення, а роздільний C6 мкФ можна не ставити, якщо на вході підсилювача потужності такий конденсатор вже використовується. Для зниження власних шумів схеми обрані без використання оксидних електролітичних конденсаторів у сигнальних ланцюгах (за винятком вхідного конденсатора С1 першого фільтра, але і його можна замінити за бажанням на звичайний, наприклад, плівковий). Транзистори в обох фільтрах можна застосувати будь-які малопотужні n-p-n структури, але, бажано з високим коефіцієнтом підсилення та низьким рівнем власних шумів (2РС1815L, BC549C, BC550C, BC849C (smd), BC850C (smd), BC850C (smd).
Кінцеві підсилювачі потужності
Для спрощення схеми і з метою зменшення розмірів готового пристрою як кінцеві підсилювачі були використані мікросхеми серії TDA, які широко застосовуються в малогабаритній аудіо апаратурі, наприклад, в автомагнітолах. Ці мікросхеми мають, як правило, досить прийнятні характеристики для побутової апаратури високої якості. При цьому вони мають вбудовані схеми захисту від перевантаження, перегріву та коротких замикань у навантаженні. Потужні характеристики визначалися виключно потужностями наявних акустичних систем. Так, для СЧ-ВЧ смуги було використано МС TDA1558Q у мостовому включенні. Ця МС може включатися за схемою 4 каналу по 11 Вт, або за бруківкою (2х22 Вт). Для колонок потужністю 20 ват була застосована така бруківка схема включення (рис.3)
Схема гранично проста та окремого опису, явно, не вимагає. Висновки МС, що не використовуються, — 4,9,15 — слід залишити вільними. Якщо окремий вимикач MUTE/ST-BY не використовуватиметься, контакт 14 МС слід з'єднати безпосередньо з плюсовим проводом живлення. Електролітичний конденсатор великої ємності (2200 mF) бажано ставити якомога ближче до висновків МС. Від його ємності залежить не тільки якість згладжування напруги живлення, але і перевантажувальна здатність підсилювача. Конденсатор 0,1 mF в ланцюгу живлення ставиться для фільтрації можливої високочастотної складової. Робоча напруга всіх елементів повинна бути не нижче напруги живлення (+U).
Для низькочастотної смуги була використана одна з наявних оригінальних МС TDA7575. Ці мікросхеми справді «оригінальні» і зустрічаються, як правило, в апаратах вищого класу та потужності. Знайти таку не дуже просто, як і схему її підключення. Звичайно, тут можна застосувати і багато інших МС з подібними характеристиками (2 або 4 канали по 45 Вт), датішити на які легко можна знайти в інтернеті. Ця мікросхема тут буде описана трохи більш докладно для тих, хто захоче застосувати саме її (рис.4).
Основні характеристики: потужність - 2х45 W або 1х75 W (на навантаження 1 Om), лінійна АЧХ 20...20 000 Гц, Rвх = 100 кОm.
Мінусові вхідні висновки 9 і 19 в моєму варіанті включення з'єдна на «землю» (загальний провід), НЧ сигнал подається на висновки 8 і 20 (відповідно лівий і правий канал). У разі встановлення тут вхідних конденсаторів по 0,33 мкФ, конденсатор С6 на виході фільтра за схемою рис.2 ставити, звичайно, не потрібно. Як видно, у МС присутні різні входи та виходи додаткового управління, які в нашому випадку не використовуються і їх можна залишити вільними (висновки 3,13,14,16,17,18 та 25). Для включення МС у робочий режим на контакти ST-BY та MUTE потрібно подати напругу живлення +U. Мікросхема дозволяє підключати акустику опором 1 Ом і може видати потужність до 75 Вт, але при мостовому включенні і, відповідно, в одноканальному режимі. При цьому слід дотримуватися таких умов:
- запаралелити виходи (OUT1+ з'єднати з OUT2+; OUT1- з'єднати з OUT2-);
- мінімізувати опір вихідного шлейфу, тобто. дроти від виходу МС до динаміка зробити якомога товстішим і коротшим, а для цього сам підсилювач повинен бути розташований поряд з динаміком. Опір вихідного шлейфу дуже суттєво впливає на коефіцієнт гармонік;
- вхідний сигнал подавати на вхід IN2 (IN1 - залишити вільним або заземлити);
- на висновок «1 Om SETTING» подати U=2,5V (для двоканального варіанта по 45 Вт, як і нашому випадку, цей вихід слід залишити вільним чи з'єднати із загальним проводом). Сам не пробував використовувати схему з таким включенням для 1 Ом-динаміка, тому що у мене немає динаміків опором 1 Ом, тому наводжу тут як довідку дані для такого варіанту, який зміг знайти у доступних мені джерелах.
Джерело живлення
Для живлення підсилювача в цілому були використані два трансформатори потужністю по 60-70 Вт, по одному для НЧ та СЧ-ВЧ каналів. Один трансформатор достатньої потужності (120 і більше Вт) просто не вписувався в малогабаритний корпус по висоті. Стабілізаторів також, відповідно, два. Живлення використаних тут МС лежить в межах від 8 до 18 вольт, тому трансформатор може бути обраний з відповідною напругою на вторинній обмотці та вихідним струмом не менше 3-х ампер без значної просідання. Після трансформатора ставляться звичайні двонапівперіодні мостові випрямлячі з діодами потрібної потужності, або діодне складання (наприклад KBU810 на 8 А). Далі випрямлена напруга стабілізується у схемі «умощненого» стабілізатора на МС типу КРЕН8 або аналогічною з додатковим регулюючим транзистором (рис.5)
Вихідна напруга стабілізатора може бути в межах 12 - 17 вольт для досягнення максимально можливої потужності при мінімумі спотворень. В даному випадку застосована мікросхема KIA7812 з напругою стабілізації 12 вольт і для підняття вихідної напруги до 15-16 вольт між середнім висновком та загальним проводом встановлено додатково стабілітрон на 3-4 вольти (КС133, КС 139). Піднімати напругу живлення до 18 вольт не слід, хоч така межа і вказана в даташитах на МС TDA, оскільки на практиці, у момент включення можливе спрацювання системи внутрішнього захисту цих мікросхем через «перевантаження». Можна живити підсилювачі та нестабілізованою напругою, але це збільшить їх нагрівання під час роботи та зменшить перевантажувальну здатність.
Каскади попереднього посилення - фільтри, можливо живити від цих стабілізаторів, але краще, все-таки, зробити для них один загальний стабілізатор на 9 ... 12 вольт для розв'язки від перешкод і можливого взаємного впливу смугових каналів.
Усі мікросхеми (підсилювачі потужності та стабілізатори), а також додаткові потужні транзистори (КТ818 або аналогічні імпортні) блоку живлення слід закріпити на тепловідводах достатньої площі. У моєму випадку всі ці елементи розташовані на одному загальному тепловідводі, що складається з двох паралельно закріплених алюмінієвих пластин товщиною 3 мм та розміром 70х200 мм. Як правило, більшість мікросхем TDA та аналогічних мають мінус живлення на корпусі і їх можна відповідно кріпити до одного тепловідведення без ізоляційних прокладок. Транзистори і мікросхеми стабілізатора слід ізолювати. Друковані плати в архіві.
Висновок
Використання підсилювача за наведеними схемами дозволило значно підвищити якість відтворення фонограм навіть з використанням акустики середнього рівня та якості. При цьому колонки PHILIPS ніяк не перероблялися, а S-30 були відключені всі внутрішні пасивні фільтри і СЧ-ВЧ-головка 6ГДВ-1, а сигнал сигналу подавався безпосередньо на НЧ динамік (25ГДН-1-4). Регулювання рівня НЧ складової дозволяє збалансувати загальну частотну характеристику всієї системи залежно від розмірів приміщення та відстані слухача до акустики. Спеціально для сайту - А. Баришев.
Обговорити статтю
Підсилювачі низької частоти в основному призначені для забезпечення заданої потужності на вихідному пристрої, в якості якого може бути - гучномовець, головка магнітофона, що записує, обмотка реле, котушка вимірювального приладу і т. д. Джерелами вхідного сигналу є звукознімач, фотоелемент і всілякі перетворювачі неелектричних величин електричні. Як правило, вхідний сигнал дуже малий, його значення недостатньо для нормальної роботи підсилювача. У зв'язку з цим перед підсилювачем потужності включають один або кілька каскадів попереднього посилення, що виконують підсилювачі функції напруги.
У попередніх каскадах УНЧ як навантаження найчастіше використовують резистори; їх збирають як у лампах, і на транзисторах.
Підсилювачі на біполярних транзисторах зазвичай збирають за схемою із загальним емітером. Розглянемо роботу такого каскаду (рис. 26). Напруга синусоїдального сигналу u вхподають на ділянку база – емітер через розділовий конденсатор З р1що створює пульсацію струму бази щодо постійної складової I б0. Значення I б0визначається напругою джерела Є дота опором резистора R б. Зміна струму бази викликає відповідну зміну струму колектора, що проходить по опору навантаження R н. Змінна складова струму колектора створює на опорі навантаження R kпосилене за амплітудою падіння напруги u вих.
Розрахунок такого каскаду можна здійснити графічно з використанням наведених на рис. 27 вхідних та вихідних характеристик транзистора, включеного за схемою з ОЕ. Якщо опір навантаження R нта напруга джерела Є дозадані, то положення лінії навантаження визначається точками Зі D. При цьому крапка Dзадана значенням Є до, а крапка З- Струмом I до =Є до/R н. Лінія навантаження CDперетинає сімейство вихідних показників. Вибираємо робочу ділянку на лінії навантаження так, щоб спотворення сигналу при посиленні були мінімальними. Для цього точки перетину лінії CDз вихідними характеристиками повинні бути в межах прямолінійних ділянок останніх. Цій вимогі відповідає ділянка АВлінії навантаження.
Робоча точка при синусоїдальному вхідному сигналі знаходиться в середині цієї ділянки – точка Про. Проекція відрізка AO на вісь ординат визначає амплітуду колекторного струму, а проекція того ж відрізка на вісь абсцис – амплітуду змінної складової колекторної напруги. Робоча точка Oвизначає струм колектора I к0та напруга на колекторі U ке0відповідні режиму спокою.
Крім того, точка Oвизначає струм спокою бази I б0, а отже, і положення робочої точки O"на вхідній характеристиці (рис. 27, а б). Крапкам Аі Увихідних характеристик відповідають точки А"і В"на вхідний характеристиці. Проекція відрізка А "O"на вісь абсцис визначає амплітуду вхідного сигналу U вх т, коли буде забезпечено режим мінімальних спотворень.
Суворо кажучи, U вх т, необхідно визначати за сімейством вхідних характеристик. Але оскільки вхідні характеристики при різних значеннях напруги U ке, відрізняються незначно, на практиці користуються вхідною характеристикою, що відповідає середньому значенню U ке=U ке 0.
Підсилювач електричних сигналів - це електронне пристрій, призначений збільшення потужності, напруги чи струму сигналу, підведеного до його входу, без істотного спотворення його форми. Електричними сигналами можуть бути гармонійні коливання ЕРС, струму чи потужності, сигнали прямокутної, трикутної чи іншої форми. Частота та форма коливань є суттєвими факторами, що визначають тип підсилювача. Оскільки потужність сигналу на виході підсилювача більша, ніж на вході, то за законом збереження енергії підсилювальний пристрійповинно включати джерело харчування. Т.ч., енергія для роботи підсилювача та навантаження підводиться від джерела живлення. Тоді узагальнену структурну схему підсилювального пристрою можна зобразити, як показано на рис. 1.
1. Узагальнена структурна схема підсилювача.
Електричні коливання надходять від джерела сигналу на вхід підсилювача , до виходу якого приєднано навантаження, енергія для роботи підсилювача та навантаження підводиться від джерела живлення. Від джерела живлення підсилювач відбирає потужність Ро - необхідну посилення вхідного сигналу. Джерело сигналу забезпечує потужність на вході підсилювача Р вх Вихідна потужність Р вих виділяється на активній частині навантаження. У підсилювачі для потужностей виконується нерівність: Р вх < Р вих< Ро . Отже, підсилювач- це керований вхідним сигналом перетворюваченергії джерела живлення в енергію вихідного сигналу Перетворення енергії здійснюється за допомогою підсилювальних елементів (УЕ): біполярних транзисторів, транзисторів польових, електронних ламп, інтегральних мікросхем (ІМС). варикапів та інших.
Найпростіший підсилювач містить один підсилювальний елемент. У більшості випадків одного елемента недостатньо і в підсилювачі застосовують кілька активних елементів, які з'єднують за ступінчастою схемою: коливання, посилені першим елементом, надходять на вхід другого, потім третього і т. д. Частина підсилювача, що становить один ступінь посилення, називаєтьсякаскадом. Підсилювач складається зактивних та пасивнихелементів : до активним елементамвідносяться транзистори, ел. мікросхеми та інші нелінійні елементи, що мають властивість змінювати електропровідність між вихідними електродами під впливом керуючого сигналу на вхідних електродах.Пасивними елементамиє резистори, конденсатори, котушки індуктивності та інші елементи, що формують необхідний розмах коливань, фазові зрушення та інші параметри посилення.Таким чином, кожен каскад підсилювача складається з мінімально необхідного набору активних та пасивних елементів.
Структурна схема типового багатокаскадного підсилювача наведено на рис. 2.
2. Схема багатокаскадного підсилювача.
Вхідний каскад і попередній підсилювачпризначені для посилення сигналу значення, необхідного для подачі на вхід підсилювача потужності (вихідного каскаду). Кількість каскадів попереднього посилення визначається необхідним посиленням. Вхідний каскад забезпечує, у разі потреби, узгодження з джерелом сигналу, шумові параметри підсилювача та необхідні регулювання.
Вихідний каскад (каскад посилення потужності) призначений для віддачі в навантаження заданої потужності сигналу при мінімальних спотвореннях його форми та максимальному ККД.
Джерелами посилюваних сигналів можуть бути мікрофони, що зчитують головки магнітних і лазерних накопичувачів інформації, різні перетворювачі неелектричних параметрів електричні.
Навантаженням є гучномовці, електричні двигуни, сигнальні лампи, нагрівачі і т.д. Джерела живленнявиробляють енергію із заданими параметрами - номінальними значеннями напруг, струмів та потужності. Енергія витрачається в колекторних та базових ланцюгах транзисторів, у ланцюгах розжарення та анодних ланцюгах ламп; використовується для підтримки заданих режимів роботи елементів підсилювача та навантаження. Нерідко енергія джерел живлення потрібна й у перетворювачів вхідних сигналів.
Класифікація підсилювальних пристроїв.
Підсилювальні пристрої класифікують за різними ознаками.
за виду посилених електричних сигналів підсилювачі поділяють на підсилювачі гармонійних (безперервних) сигналів та підсилювачі імпульсних сигналів.
По ширині смуги пропускання і абсолютним значенням частот підсилювачі поділяються на наступні типи:
- Підсилювачі постійного струму (УПТ)призначені для посилення сигналів у межах від нижчої частоти = 0 до верхньої робочої частоти. УПТ посилює як змінні складові сигналу, і його постійну складову. УПТ широко застосовуються у пристроях автоматики та обчислювальної техніки.
- Підсилювачі напруги, у свою чергу поділяються на підсилювачі низької, високої та надвисокої частоти.
По ширині смуги пропускання посилюваних частот розрізняють:
- виборчі підсилювачі (підсилювачі високої частоти - УВЧ), для яких справді відношення частот /1 ;
- широкосмугові підсилювачі з великим діапазоном частот, для яких відношення частот />>1 (наприклад УНЧ – підсилювач низької частоти).
- Підсилювачі потужності - кінцевий каскад УНЧ із трансформаторною розв'язкою. Для того, щоб потужність була максимальною R вн. до= R н,тобто. опір навантаження має дорівнювати внутрішньому опору колекторного ланцюга ключового елемента (транзистора).
за конструктивному виконанню підсилювачі можна підрозділити на великі групи: підсилювачі, виконані з допомогою дискретної технології, тобто способом навісного чи друкованого монтажу, і підсилювачі, виконані з допомогою інтегральної технології. В даний час як активні елементи широко використовуються аналогові інтегральні мікросхеми (ІМС).
Показники роботи підсилювачів.
До показників роботи підсилювачів відносяться вхідні та вихідні дані, коефіцієнт посилення, діапазон частот, коефіцієнт спотворень, ККД та інші параметри, що характеризують його якісні та експлуатаційні властивості.
До вхідним даними відносяться номінальне значення вхідного сигналу (напруги Uвх= U 1 , струму Iвх= I 1 або потужності Pвх= P 1 ), вхідний опір, вхідна ємність чи індуктивність; ними визначається придатність підсилювача для конкретних практичних застосувань. Вхідне зіопірRвху порівнянні з опором джерела сигналу Rівизначає тип підсилювача; залежно від їх співвідношення розрізняють підсилювачі напруги (при Rвх >> Rі), підсилювачі струму (при Rвх << Rі) або підсилювачі потужності (при Rвх = Rі). Вхідна ємкісткаЗ вх, будучи реактивною компонентою опору, істотно впливає на ширину робочого діапазону частот.
Вихідні дані - це номінальні значення вихідної напруги U вих = U 2, струму I вих = I 2, вихідний потужності P вих = P 2та вихідного опору. Вихідний опір має бути значно меншим, ніж опір навантаження. І вхідний та вихідний опори можуть бути активними або мати реактивну складову (індуктивну або ємнісну). У загальному випадку кожне з них дорівнює повному опору Z, що містить як активну, так і реактивну складові
Коефіцієнтом посилення називається відношення вихідного параметра до вхідного. Розрізняють коефіцієнти посилення за напругоюK u= U 2/ U 1 , за струмом K i= I 2/ I 1 та потужності K p= P 2/ P 1 .
Характеристики підсилювача
Характеристики підсилювача відображають його здатність посилювати з певним ступенем точності сигнали різної частоти та форми. До найважливіших характеристик належать амплітудна, амплітудно-частотна, фазо-частотна та перехідна.
Мал. 3. Амплітудна характеристика.
Амплітудна Характеристика є залежність амплітуди вихідної напруги від амплітуди подається на вхід гармонійного коливання певної частоти (рис. 3.). Вхідний сигнал змінюється від мінімального до максимального значення, причому рівень мінімального значення повинен перевищувати рівень внутрішніх перешкод Uп , що створюються самим підсилювачем. В ідеальному підсилювачі (підсилювачі без перешкод) амплітуда вихідного сигналу пропорційна амплітуді вхідного U вих= K*Uвх та амплітудна характеристика має вигляд прямої лінії, що проходить через початок координат. У реальних підсилювачах позбутися перешкод не вдається, тому його амплітудна характеристика відрізняється від прямої.
Мал. 4. Амплітудно-частотна характеристика.
Амплітудно-і фазо-частотна Показники відбивають залежність коефіцієнта посилення від частоти. З-за присутності в підсилювачі реактивних елементів сигнали різних частот посилюються неоднаково, а вихідні сигнали зсуваються щодо вхідних різних кути. Амплітудно-частотна Характеристика як залежності представлена малюнку 4.
Робочим діапазоном частот підсилювача називають інтервал частот, в межах якого модуль коефіцієнта K залишається постійним або змінюється у заздалегідь заданих межах.
Фазо-частотний характеристикою називається частотна залежність кута зсуву фази вихідного сигналу стосовно фази вхідного.
Зворотні зв'язки у підсилювачах.
Зворотним зв'язком (ОС) називають зв'язок між електричними ланцюгами, за допомогою якої енергія сигналу передається з ланцюга з більш високим рівнем сигналу в ланцюг з нижчим його рівнем: наприклад, вихідного ланцюга підсилювача у вхідну або з наступних каскадів у попередні. Структурна схема підсилювача із зворотним зв'язком зображена малюнку 5.
Мал. 5. Структурна (ліворуч) та принципова схема з негативною ОС по струму (праворуч).
Передача сигналу з виходу на вхід підсилювача здійснюється за допомогою чотириполюсника Ст.Чотирьохполюсник зворотного зв'язку є зовнішнім електричним ланцюгом, що складається з пасивних або активних, лінійних або нелінійних елементів. Якщо зворотний зв'язок охоплює весь підсилювач, то зворотний зв'язок називається загальної:якщо зворотний зв'язок охоплює окремі каскади або частини підсилювача, називається місцевої.Таким чином, на малюнку представлена структурна схема підсилювача із загальним зворотним зв'язком.
Модель підсилювального каскаду.
Підсилювач ний каскад - конструктивна ланка підсилювача містить один або більше активних (підсилювальних) елементів і набір пасивних елементів. Насправді, для більшої наочності, складні процеси досліджують на простих моделях.
Один із варіантів транзисторного каскаду для посилення змінного струму наведено на малюнку зліва. Транзистор V1 р-п-ртипу включений за схемою із загальним емітером. Вхідна напруга база - емітер створюється джерелом з ЕРС Е c та внутрішнім опором R c джерела. У ланцюзі бази встановлені резистори R 1 і R 2 . Колектор транзистора з'єднаний з негативним затискачем джерела E до через резистори Rдоі Rф. Вихідний сигнал знімається з висновків колектора та емітера та через конденсатор З 2 надходить у навантаження Rн. Конденсатор Сф спільно з резистором Rф утворює RС -ланка фільтра ( позитивний зворотний зв'язок - ПІС), який потрібно, зокрема, для згладжування пульсацій напруги живлення (при малопотужному джерелі E доз великим внутрішнім опором). Також, для більшої стабільності пристрою, в ланцюг емітера транзистора V1 (негативний зворотний зв'язок - ООС) можна додатково включити RC -фільтр, який буде перешкоджати передачі частини вихідного сигналу назад на вхід підсилювача. Таким чином, можна уникнути ефекту самозбудження пристрою. Зазвичай штучно створена зовнішня ООС дозволяє досягти хороших параметрів підсилювача, однак це справедливо в загальному випадку тільки для посилення постійного струму або низьких частот.
Схема підсилювача низької частоти біполярному транзисторі.
Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі, включеному за схемою з ОЕ, є одним із найпоширеніших асиметричних підсилювачів. Принципова схема такого каскаду, виконана на дискретних елементах, зображено нижче.
У цій схемі резистор Rк , включений у головний ланцюг транзистора, служить обмеження колекторного струму, і навіть забезпечення необхідного коефіцієнта посилення. За допомогою дільника напруги R1R2 задається початкова напруга усунення з урахуванням транзистора VT, необхідне режиму посилення класу А.
Ланцюг Ресе виконує функцію емітерної термостабілізації точки спокою; конденсатори З 1 і С2 є роздільними для постійної та змінної складових струму. Конденсатор Се шунтує резистор Ре за змінним струмом, оскільки ємність Се значною.
При подачі на вхід підсилювача напруги сигналу незмінної амплітуди при різних частотах вихідна напруга в залежності від частоти сигналу змінюватиметься, оскільки опір конденсаторів C1 , C2 на різних частотах по-різному.
Залежність коефіцієнта посилення від частоти сигналу одержала назву амплітудно-частотної Показники підсилювача (АЧХ).
Підсилювачі низької частоти найбільш широко застосовуються для посилення сигналів, що несуть звукову інформацію, в цих випадках вони називаються також підсилювачами звукової частоти, крім цього УНЧ використовуються для посилення інформаційного сигналу в різних сферах: вимірювальної техніки і дефектоскопії; автоматики, телемеханіки та аналогової обчислювальної техніки; у інших галузях електроніки. Підсилювач звукових частот зазвичай складається з попереднього підсилювача і підсилювача потужності (Розум). Попередній підсилювач призначений для підвищення потужності і напруги та доведення їх до величин, потрібних для роботи кінцевого підсилювача потужності, часто включає регулятори гучності, тембру або еквалайзер, іноді може бути конструктивно виконаний як окремий пристрій.
Підсилювач потужності повинен віддавати в ланцюг навантаження (споживача) задану потужність електричних коливань. Його навантаженням можуть бути випромінювачі звуку: акустичні системи (колонки), навушники (головні телефони); радіотрансляційна мережа чи модулятор радіопередавача. Підсилювач низьких частот є невід'ємною частиною всієї звуковідтворювальної, звукозаписної та радіотранслюючої апаратури.
Аналіз роботи каскаду підсилювача виробляють за допомогою еквівалентної схеми (на рис. Нижче), в якій транзистор замінений Т-подібною схемою заміщення.
У цій еквівалентній схемі всі фізичні процеси, що відбуваються в транзисторі, враховуються за допомогою малосигнальних Н-параметрів транзистора, наведених нижче.
Для живлення підсилювачів використовуються джерела напруги з малим внутрішнім опором, тому можна вважати, що до вхідного сигналу резистори R1 і R2 включені паралельно і їх можна замінити одним еквівалентним Rб = R1R2/(R1+R2) .
Важливим критерієм вибору номіналів резисторів Rе, R1 і R2 є забезпечення температурної стабільності статичного режиму транзистора. Значна залежність параметрів транзистора від температури призводить до некерованої зміни колекторного струму Iк , внаслідок чого можуть виникнути нелінійні спотворення сигналів, що посилюються. Для досягнення найкращої температурної стабілізації режиму треба збільшувати опір Ре . Однак це призводить до необхідності підвищувати напругу живлення Е і збільшує споживану від нього потужність. При зменшенні опорів резисторів R1 і R2 також зростає споживана потужність, що знижує економічність схеми та зменшується вхідний опір підсилювального каскаду.
Підсилювач постійного струму в інтегральному виконанні.
Підсилювач (ОУ) в інтегральному виконанні є найпоширенішою універсальною мікросхемою (ІМС). ОУ – це пристрій із високостабільними якісними показниками, які дозволяють проводити обробку аналогових сигналів за алгоритмом, що задається за допомогою зовнішніх ланцюгів.
Операційний підсилювач (УУ) - уніфікований багатокаскадний підсилювач постійного струму (УПТ), що відповідає наступним вимогам до електричних параметрів:
· Коефіцієнт посилення по напрузі прагне до нескінченності;
· Вхідний опір прагне до нескінченності;
· Вихідний опір прагне до нуля;
· Якщо вхідна напруга дорівнює нулю, то вихідна напруга також дорівнює нулю Uвх = 0, Uвих = 0;
· нескінченна смуга посилюваних частот.
ОУ має два входи, що інвертує і неінвертує, а також один вихід. Вхід та вихід УПТ виконують з урахуванням виду джерела сигналу та зовнішнього навантаження (несиметричні, симетричні) та величин їх опорів. У багатьох випадках в УПТ, як і в підсилювачах змінного струму, забезпечують великий вхідний опір, щоб зменшити вплив УПТ на джерело сигналу, і мінімальний вихідний опір, щоб зменшити вплив навантаження вихідного сигналу УПТ.
На малюнку 1 наведена схема підсилювача, що інвертує, на малюнку 2 неінвертуючого. У цьому випадку коефіцієнт посилення дорівнює:
Для інвертуючого Кіо = Rос / R1
Для неінвертованого Кноу = 1 + Rос / R1
Підсилювач, що інвертує, охоплений ООС паралельною за напругою, що викликає зменшення Rвхоу і Rвыхоу. Неінвертуючий підсилювач охоплений ООС послідовною за напругою, що забезпечує збільшення Rвхоу та зменшення Rвихоу. За підсумками цих ОУ можна побудувати різні схеми для аналогової обробки сигналів.
До УПТ пред'являються високі вимоги щодо найменшого та високого вхідного опору. Мимовільна зміна вихідної напруги УПТ при незмінному напрузі вхідного сигналу називається дрейфом підсилювача . Причинами дрейфу є нестабільність напруг живлення схеми, температурна та тимчасова нестабільність параметрів транзисторів та резисторів. Цим вимогам задовольняє ОУ, в якому перший каскад зібраний за диференціальною схемою, який пригнічує всі синфазні перешкоди і забезпечує високий вхідний опір. Цей каскад може бути зібраний на польових транзисторах і складових транзисторах, де в ланцюзі емітерів (витоків) підключений ГСТ (генератор стабільного струму), що посилює придушення синфазних перешкод. Для підвищення вхідного опору застосовують глибоку послідовну ООС і високу колекторну навантаження (у разі Jвхоу прагне нулю).
Підсилювачі постійного струму призначені для посилення сигналів, що повільно змінюються в часі, тобто сигналів, еквівалентна частота яких наближається до нуля. Тому УПТ повинні мати амплітудно-частотною характеристикою
у вигляді, зображеній малюнку зліва. Оскільки коефіцієнт посилення ОУ дуже великий, то використання його як підсилювача можливе лише при охопленні його глибоким негативним зворотним зв'язком (при відсутності ООС навіть вкрай малий сигнал "шуму" на вході ОУ дасть на виході ОУ напругу, близьку до напруги насичення).
Історія операційного підсилювача пов'язана з тим, що підсилювачі постійного струму використовувалися в аналоговій обчислювальній техніці для реалізації різних математичних операцій, наприклад підсумовування, інтегрування та ін. .
Підсилювачі потужності.
Що ж уявляє собою підсилювач потужності- Далі, для стислості будемо називати його РОЗУМ? Виходячи з вищевикладеного, структурну схему підсилювача можна умовно поділити на три частини:
- Вхідний каскад
- Проміжний каскад
- Вихідний каскад (підсилювач потужності)
Всі ці три частини виконують одне завдання – збільшити потужність вихідного сигналу без зміни його форми до такого рівня, щоб можна було розкачати навантаження з низьким опором – динамічну голівку чи навушники.
Бувають трансформаторніі безтрансформаторнісхеми РОЗУМ.
1. Трансформаторні підсилювачі потужності
Розглянемо однотактний трансформаторнийРОЗУМ, В якому транзистор включений за схемою з ОЕ (рис. зліва).
Трансформатори ТР1 і ТР2 призначені для узгодження навантаження та вихідного опору підсилювача та вхідного опору підсилювача з опором джерела вхідного сигналу відповідно. Елементи R і D забезпечують початковий режим роботи транзистора, а Збільшує змінну складову, що надходить на транзистор Т.
Оскільки трансформатор небажаним елементом підсилювачів потужності, т.к. має великі габарити і вага, відносно складний у виготовленні, то в даний час найбільшого поширення набули безтрансформаторніпідсилювачі потужності.
2. Безтрансформаторні підсилювачі потужності.
Розглянемо двотактний РОЗУМна біполярних транзисторах із різним типом провідності. Як зазначалося вище, необхідно збільшити потужність вихідного сигналу без зміни його форми. Для цього береться постійний струм живлення РОЗУМ і перетворюється на змінний, але так, що форма сигналу на виході повторює форму вхідного сигналу, як показано на малюнку нижче:
Якщо транзистори мають досить високе значення крутизни, то можливе побудова схем, що працюють на навантаження величиною одиниці Ом без використання трансформаторів. Харчується такий підсилювач від двополярного джерела живлення із заземленою середньою точкою, хоча можлива побудова схем для однополярного живлення.
Принципова схема комплементарного емітерного повторювача
- підсилювача з додатковою симетрією - наведено малюнку зліва. При однаковому вхідному сигналі через транзистор n-p-n-типу протікає струм під час позитивних напівперіодів. Коли ж вхідна напруга негативна, струм буде текти через транзистор p-n-p-типу. Об'єднуючи емітери обох транзисторів, навантажуючи їх загальним навантаженням і подаючи той самий сигнал на об'єднані бази, отримуємо двотактний каскад посилення потужності.
Розглянемо докладніше включення та роботу транзисторів. Транзистори підсилювача працюють у режимі класу У. У цій схемі транзистори повинні бути абсолютно однакові за своїми параметрами, але протилежні за планарною структурою. При надходженні на вхід підсилювача позитивної напівхвилі напруги Uвх транзистор Т1 працює в режимі посилення, а транзистор Т2 - у режимі відсічення. При надходженні негативної напівхвилі транзистори змінюються ролями. Так як напруга між базою та емітером відкритого транзистора мало (близько 0,7 В), напруга Uвих близько до напруги Uвх . Однак вихідна напруга виявляється спотвореною через вплив нелінійності вхідних характеристик транзисторів. Проблема нелінійних спотворень вирішується подачею початкового зміщення на базові ланцюги, що переводить каскад режим АВ.
Для підсилювача, що розглядається, максимально можлива амплітуда напруги на навантаженні Um дорівнює E . Тому максимально можлива потужність навантаження визначається виразом
Можна показати, що при максимальній потужності навантаження підсилювач споживає від джерел живлення потужність, що визначається виразом
Виходячи з вищесказаного, отримуємо максимально можливий коефіцієнт корисної дії РОЗУМ: n max = P н.max/ P потр.max = 0,78.
При вирішенні багатьох інженерних завдань виникає потреба у посиленні електричних сигналів. Для цього служать підсилювачі, тобто. пристрої, призначені для посилення напруги, струму та потужності. В підсилювачах зазвичай використовують біполярні та польові транзистори та інтегральні мікросхеми.
Найпростішим підсилювачем є підсилювальний каскад.
Склад найпростішого підсилювального каскаду:
УЕ – нелінійний керований елемент (біполярний чи польовий транзистор);
R – резистор;
E – джерело електричної енергії.
Посилення ґрунтується на перетворенні електричної енергії джерела постійної е.р.с. E в енергію вихідного сигналу за рахунок зміни опору УЕ згідно із законом, що задається вхідним сигналом.
Основні параметри підсилювального каскаду:
Для багатокаскадних підсилювачів
Залежно від діапазону частот вхідних сигналів, що посилюються, підсилювачі поділяють:
УПТ (підсилювачі постійного струму) - для посилення сигналів, що повільно змінюються;
УНЧ (підсилювачі низької частоти) – для посилення сигналів у діапазоні звукових частот (20-20000 Гц);
УВЧ (підсилювачі високої частоти) - для посилення сигналів у діапазоні частот від десятків кілогерц до десятків та сотень мегагерц;
Імпульсні / широкосмугові - для посилення імпульсних сигналів, що мають спектр частот від десятків герц до сотень мегагерц;
Вузькосмугові/виборчі – для посилення сигналів у вузькому діапазоні частот.
За способом включення підсилювального елемента поділяють:
У разі застосування біполярного транзистора як підсилювальний елемент:
Із загальною базою
Із загальним емітером
Із загальним колектором
У разі використання польового транзистора:
Із загальним витоком
Із загальним стоком
Із загальною базою
Підсилювальний каскад із загальним емітером.
Підсилювальний каскад з ОЕ є одним з найбільш поширених підсилювальних каскадів, в якому емітер є загальним електродом для вхідного та вихідного ланцюгів.
Схема підсилювального каскаду з ОЕ для біполярного транзистора структури п-р-п.
Для колекторного ланцюга підсилювального каскаду відповідно до другого закону Кірхгофа можна записати наступне рівняння електричного стану:
ВАХ колекторного резистора Rк є лінійною, а ВАХ транзистора нелінійна і є сімейством вихідних (колекторних) характеристик емітера, включених за схемою з ОЕ.
Розрахунок нелінійного ланцюга, тобто. визначення I до ,
,
і
U додля різних струмів бази
I бта опорів резистора
R до, Можна провести графічно. Для цього на сімействі вихідних характеристик транзистора необхідно провести пряму з точки E дона осі абсцис ВАХ резистора Rк, що задовольняє рівняння 
.
Точки перетину навантажувальної прямої з лініями вихідних характеристик дають графічне рішення рівняння для даного R бта різних I б .
За цими точками можна визначити струм в колекторному ланцюгу, напруги U кета .
Опір резистора R довибирають з вимог посилення вхідного сигналу. При цьому необхідно враховувати, щоб пряма навантажувальна проходила ліворуч і нижче допустимих значень U до max , I до max , P до maxта забезпечувала досить протяжну лінійну ділянку перехідної характеристики.
Еквівалентна схема заміщення підсилювального каскаду з ОЕ та його параметри.
Вважаючи, можна записати ці рівняння у вигляді
Вирішуючи спільно ці рівняння, отримаємо
Знак мінус означає, що вихідна напруга знаходиться у протифазі із вхідною. Отримаємо формулу для коефіцієнта посилення за напругою ненавантаженого підсилювального каскаду із загальним емітером:
Так як . Тому
Вхідний опір підсилювального каскаду з ОЕ на низьких частотах:
Вихідний опір підсилювального каскаду з ОЕ визначається виразом
Температурна стабілізація підсилювального каскаду з ОЕ
З 
Істотним недоліком транзисторів є їхня залежність від температури. З підвищенням температури рахунок збільшення числа неосновних носіїв заряду в напівпровіднику збільшується колекторний струм транзистора. Це призводить до зміни вихідних показників транзистора. При збільшенні колекторного струму на ΔI k, колекторна напруга зменшується на .
Це викликає усунення робочої точки транзистора, що може вивести її за межі лінійної ділянки характеристик транзистора, і нормальна робота підсилювача порушується.
Для зменшення впливу температури на роботу підсилювального каскаду із загальним випрямлячем, його емітерний ланцюг включають резистор R е, шунтований конденсатором Зе. У ланцюг бази створення початкової напруги включають дільник напруги.
Збільшення струму емітера через підвищення температури призводить до зростання падіння напруги на опорі R ещо викликає зниження напруги, а це викликає зменшення струму бази. Струм емітера та колектора зберігають положення робочої точки на лінійній ділянці характеристики.
Вплив зміни струму колектора у вихідний ланцюга на вхідну напругу транзистора називають негативним зворотним зв'язком по постійному струму. За відсутності конденсатора робота підсилювального каскаду змінюється як по постійному струму, а й у змінної складової.
Підсилювальний каскад з ОК
До 
оллектор транзистора через джерело живлення з'єднаний безпосередньо із загальною точкою підсилювача, т.к. падіння напруги на внутрішньому опорі джерела незначне. Можна вважати, що вхідна напруга подається на базу транзистора щодо колектора через конденсатор. З1
, а вихідна напруга дорівнює падінню напруги на R е, що знімається з емітера щодо колектора. Резистор
задає початковий струм усунення ланцюга бази транзистора, який визначає положення робочої точки як спокою. При наявності Uвхв ланцюзі з'являється змінна складова, яка створює падіння напруги на R е ( )
Коефіцієнт посилення по напрузі підсилювального каскаду з ОК менше одиниці, тому його правильніше називати коефіцієнтом передачі напруги.
Оскільки вхідне значення K uблизько до одиниці, вхідний опір емітерного повторювача набагато більший за вхідний опір h 11 транзистора і досягає кількох сотень кілоом.
Вихідний опір емітерного повторювача має значення десятків ом. Таким чином, емітерний повторювач має дуже великий вхідний і малий вихідний опір, отже, його коефіцієнт посилення струму може бути дуже високим.
Підсилювальний каскад на польовому транзисторі
У 
силові каскади на польових транзисторах мають великий вхідний опір.
У цьому каскаді резистор R c за допомогою якого здійснюється посилення, включений в ланцюг стоку. У ланцюг початку включено резистор Rі , створює необхідне падіння напруги в режимі спокою U 30 , є напругою зміщення між затвором та витоком.
Резистор у ланцюгу затвора R 3 забезпечує в режимі спокою рівність потенціалів затвора та загальної точки підсилювального каскаду. Отже, потенціал затвора нижче потенціалу витоку на величину падіння напруги на резисторі Rі від постійної складової струму I і 0. Таким чином, потенціал затвора є негативним щодо потенціалу витоку.
Вхідна напруга подається на резистор R 3 через розділовий конденсатор З.При подачі вхідної змінної напруги в каналі польового транзистора з'являються змінні складові струму витоку iта й струму стоку iс, причому iі iс. За рахунок падіння напруги на резисторі Rі від змінної складової струму iі , змінна складова напруги між затвором і витоком, що посилюється польовим транзистором, може бути значно меншою за вхідну напругу:
Це явище, зване негативним зворотним зв'язком, призводить до зменшення коефіцієнта посилення підсилювального каскаду. Для його усунення паралельно резистору R і включають конденсатор С, опір якого на найнижчій частоті напруги, що посилюється, має бути в багато разів менше опору резистора Rн . При цій умові падіння напруги від струму джерела і на ланцюжку Rі -З і, званої ланкою автоматичного зміщення, дуже невелике, так що змінної складової струму виток можна вважати з'єднаним із загальною точкою підсилювального каскаду.
Вихідна напруга знімається через конденсатор зв'язку Зз між стоком і загальною точкою каскаду, тобто воно дорівнює змінній складовій напруги між стоком та витоком.
Зворотні зв'язки у підсилювачах
Про 
братним зв'язком в підсилювачах називають подачу частини (або всього) вихідного сигналу підсилювача на його вхід.
Зворотні зв'язки в підсилювачах зазвичай створюють спеціально. Однак іноді вони виникають спонтанно. Мимовільні зворотні зв'язки називають паразитними.
Якщо за наявності зворотного зв'язку вхідна напруга u вх складається з напругою зворотного зв'язку u ос , внаслідок чого на підсилювач подається збільшена напруга u 1, то такий зворотний зв'язок називають позитивною.
Якщо після введення зворотного зв'язку напруги u 1 на вході іu вих на виході підсилювача зменшуються, що викликається відніманням напруги зворотного зв'язку з вхідної напругиu вх, то такий зворотний зв'язок називають негативною.
Усі зворотні зв'язки поділяються на зворотні зв'язки за напругоюі за струмом.У зворотному зв'язку по напрузі u oc = βu вих, де β - коефіцієнт передачі чотириполюсника зворотного зв'язку. У зворотному зв'язку по струму ос = R ос i вих, де R ос - взаємний опір вихідного ланцюга та ланцюга зворотного зв'язку. Крім того, всі зворотні зв'язки поділяють на послідовні, при яких ланцюги зворотного зв'язку включають послідовно з вхідними ланцюгами підсилювача і паралельні, коли ланцюги зворотного зв'язку включають паралельно вхідним ланцюгам підсилювача.
Вплив негативного зворотний зв'язок на коефіцієнт посилення.
Для підсилювача без зворотного зв'язку
Висновок: введення негативного зворотного зв'язку зменшує коефіцієнт посилення підсилювача в 1+?
Введення позитивного зворотного зв'язку підвищує коефіцієнт посилення підсилювача. Однак позитивний зворотний зв'язок в електронних підсилювачах практично не застосовується, тому що, як буде показано далі, стабільність коефіцієнта посилення значно погіршується.
Незважаючи на зниження коефіцієнта посилення, негативний зворотний зв'язок у підсилювачах застосовують дуже часто. В результаті введення негативного зворотного зв'язку суттєво покращуються властивості підсилювача:
а) підвищується стабільність коефіцієнта посилення підсилювача за змін параметрів транзисторів;
б) знижується рівень нелінійних спотворень;
в) збільшується вхідний і зменшується вихідний опір підсилювача, і т.д.
Для оцінки стабільності коефіцієнта посилення підсилювача із зворотним зв'язком слід визначити його відносну зміну:
Висновок: будь-яка зміна коефіцієнта посилення послаблюється дією негативного зворотного зв'язку в 1+?
Якщо значення βК набагато більше одиниці, що є глибоким негативним зворотним зв'язком, то
У разі позитивного зворотного зв'язку стабільність коефіцієнта посилення погіршується:
Введення послідовного зворотного зв'язку з напругою збільшує вхідний опір.
Схема підсилювача з паралельним зворотним зв'язком:
При глибокому негативному зворотному зв'язку
3) магнітний зв'язок, що з'являється при близькому розташуванні вхідних та вихідних трансформаторів підсилювача.
Підсилювачі постійного струму
Пристрої, призначені посилення сигналу дуже низьких частот (порядку часток Гц), мають амплітудно-частотну характеристику до найнижчих частот називаються підсилювачами постійного струму (УПТ).
Вимоги до характеристик УПТ:
відсутність вхідного сигналу повинен бути відсутній вихідний сигнал;
у разі зміни знака вхідного сигналу повинен змінювати знак та вихідний сигнал;
напруга на навантажувальному пристрої має бути пропорційно до вхідної напруги.
Найкраще цим вимогам задовольняють УПТ, побудовані на диференціальних балансних каскадах. Вони також забезпечують ефективну боротьбу із так званим дрейфом нуля УПТ. Побудовано за принципом чотириплічного мосту.
У 
рівняння балансу моста:
При зміні Ек баланс не порушується і в резисторі навантаження R н струм дорівнює нулю. З іншого боку, при пропорційній зміні опорів резисторів R 1 R 2 або R 3 R 4 баланс мосту теж не порушується. Якщо замінити резистори R 2 R 3 транзисторами, то отримаємо диференціальну схему, дуже часто застосовується в УПТ.
У 
диференціальному підсилювачі опору резисторів R 2 R 3 в колекторних ланцюгах транзисторів вибирають рівними, режими обох транзисторів встановлюють однаковими. У таких підсилювачах підбирають пари транзисторів із строго ідентичними характеристиками.
На стабільність електричних режимів істотно впливає опір резистора R 1 який стабілізує струм транзисторів. Щоб можна було використовувати резистор з великим опором R l збільшують напругу джерела живлення Ек до значення Е 2 Е 1 а в інтегральних мікросхемах часто замість резистора R 1 застосовують стабілізатор постійного струму, який виконують на 2-4 транзисторах.
Змінний резистор R п служить для балансування каскаду (для встановлення нуля). Це необхідно у зв'язку з тим, що не вдається підібрати два абсолютно ідентичні транзистори і резистори з рівними опорами R 2 , R 3 . При зміні положення двигуна потенціометра R п змінюються опори резисторів, включених до колекторних ланцюгів транзисторів, і, отже, потенціали на колекторах. Переміщенням движка потенціометра R п домагаються нульового струму в резисторі навантаження R н без вхідного сигналу.
За зміни е. д. с. джерела колекторного живлення Е 1 або усунення Е 2 змінюються струми обох транзисторів та потенціали їх колекторів. Якщо транзистори ідентичні і опору резисторів R 2 R 3 в точності рівні, то струму в резисторі R H за рахунок зміни е. д. с. E l , Е 2 не буде. Якщо транзистори не зовсім ідентичні, то з'явиться струм у навантажувальному резисторі, проте він буде значно меншим, ніж у звичайному, небалансному УПТ.
Аналогічно зміни характеристик транзисторів внаслідок зміни температури навколишнього середовища практично не викликатимуть струму в резисторі навантаження.
У той же час при подачі вхідної напруги на базу транзистора Т 1 зміняться колекторний струм і напруга на його колекторі, що викличе появу напруги на навантажувальному резисторі R н.
При ретельному підборі транзисторів і резисторів, при стабілізації напруг джерел живлення дрейф вдається знизити до 1-20 мкВ / ° С або при роботі в температурному діапазоні від -50 до +50 ° С складе 0,1-2 мВ, тобто порівняно з небалансним УПТ він може бути зменшений у 20-100 разів.
За такими ж схемами можна виконувати підсилювачі на транзисторах польових. Аналогічні балансні схеми можуть бути побудовані на основі емітерних та джерельних повторювачів.
Операційні підсилювачі
Операційний підсилювач - диференціальний підсилювач постійного струму з великим коефіцієнтом посилення, призначений для виконання різних операцій над аналоговими величинами при роботі в схемах з негативним зворотним зв'язком.
ОУ є універсальним блоком з характеристиками, близькими до ідеального, на основі якого можна побудувати безліч різних електронних вузлів.
Схема та умовне графічне позначення інтегральної мікросхеми К140УД8:
Перший каскад на польових транзисторах VТ 1 VТ 11 і VT 2, VT 9 з каналом р-типу є симетричним диференціальним каскадом з навантажувальними транзисторами VТ 3, VT 10 . Транзистори VТ 4 ,VТ 5 утворюють стабілізатор струму в ланцюзі першого каскаду.
Другий каскад - несиметричний диференціальний каскад на двох емітерних повторювачах - виконаний на транзисторах VT7, VТ12. Зв'язок між першим та другим каскадами безпосередній.
Н 
а складовому транзисторі VТ 15 виконаний підсилювач напруги, навантаженням якого служить польовий транзистор VT 17 . На виході мікросхем застосований безтрансформаторний підсилювач потужності на складових транзисторах VТ 20 VT 22 і VТ 23 VT 24 .
Мікросхема К140УД8 має два входи (4- неінвертуючий, 3 - інвертуючий) і один вихід (висновок 7), загальний висновок 1 і висновки приєднання напруги живлення: 8 - для +E 1 і 5 - для -Е 2 . Висновки 2і 6використовують для балансування мікросхеми за допомогою змінного резистора опором 10 кОм.
УПТ із перетворенням напруги
Спосіб зниження дрейфу заснований на подвійному перетворенні напруги, що посилюється.
Структурна схема:
Модулятор призначений для перетворення вхідної напруги, що повільно змінюється, в змінну напругу, амплітуда якого пропорційна вхідній напругі, причому при зміні знака вхідної напруги змінюється фаза змінної напруги.
Uвх перетворюється із частотою від 50 Гц до 20 МГц.
Існує багато різних схем модульаторів. Найбільш поширеними є:
модулятор із віброперетворювачем;
модулятор на транзисторах.
М 
одулятор з віброперетворювачем являє собою малопотужний електромагнітний контактор, періодично (з частотою струму, що живить котушку електромагніта), що включає вхідну напругу до верхньої, то до нижньої (за схемою) половині первинної обмотки трансформатора. При цьому струм у первинній обмотці змінює напрямок. У вторинній обмотці трансформатора виникає змінна напруга. Зазвичай застосовується трансформатор, що підвищує, з коефіцієнтом трансформації до 10, тому амплітуда напруги в кілька разів більше вхідної напруги.
Гідність віброперетворювача - невеликий дрейф, який визначається переважно термо-е. д. с. контактної пари і може бути знижений до 0,01-0,1 мкВ/год (0,1-0,5 мкВ/добу). Вхідний опір дорівнює 1-10 кОм.
Д - демодулятор - призначений для перетворення змінної напруги на вході, що постійно змінюється постійної напруги на виході.
Переваги:
Низький дрейф нуля;
Недоліки:
Погана АЧХ у сфері високих частот.
Модулятор, що стоїть на вході підсилювача, добре перетворює постійні напруги, що повільно змінюються. У разі збільшення частоти вхідної напруги робота модулятора погіршується. У той же час на виході демодулятора застосовується фільтр, що згладжує. При частоті сигналу, що наближається до частоти опорної напруги u оп, фільтр не може відокремити сигнал від опорної напруги.
Для розширення діапазону частот застосовують високочастотні перетворювачі, які дозволяють підвищити частоту fоп до 0,5-10 МГц.
Комбіновані підсилювачі поєднують у собі переваги підсилювачів без перетворювача напруги та з ним.
Структурна схема комбінованого УПТ:
Комбінований підсилювач має дрейф лише на рівні УПТ із перетворенням спектра сигналу, а амплітудно-частотну характеристику не гірше, ніж підсилювач без перетворення спектра сигналу. Деяка нерівномірність амплітудно-частотної характеристики у сфері середніх частот легко вирівнюється з допомогою негативної зворотний зв'язок. (КД140УД13).
Операційні підсилювачіє основою великого класу підсилювачів із спеціальними частотними характеристиками. Це досягається застосуванням різних ланцюгів зворотного зв'язку.
В операційних підсилювачах зворотний зв'язок негативний, якщо він подається з виходу підсилювача на вхід, що інвертує. Дійсно, при цьому напруга U oc , що знаходиться у фазі своїх вих, буде в протифазі з вхідною напругою на вході, що інвертує. І навпаки, зворотний зв'язок є позитивним, якщо він подається на неінвертуючий вхід. При послідовному зворотному зв'язку вхідний сигнал вх і сигнал зворотного зв'язку подаються на різні входи мікросхеми, при паралельному - на один.
