4. СТАБИЛИЗАЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ

Для многих устройств автоматического регулирования и управления необходимы усилители, изменения коэффициентов усиления которых не должны превышать заранее заданных величин [1]. Для прецизионных измерительных усилителей а для непрецизионных измерительных усилителей

Рис. 11.11. Блок-схема усилителя с обратной связью

Разброс параметров триодов 15—20%. Смена ламп в двух-, трехкаскадном усилителе вызывает изменение коэффициента усиления напряжения порядка 50%. Возникает задача построения электронного измерительного устройства, точность которого должна быть, по крайней мере, на два порядка выше, чем точность отдельных частей этого устройства. Решение этой задачи, т. е. получение заданной стабильности коэффициента усиления напряжения, достигается с помощью применения отрицательной обратной связи (ОС). На рис. 11.11 показана блок-схема усилителя с отрицательной обратной связью. Коэффициент усиления по напряжению этой схемы

где К — коэффициент усиления напряжения усилителя без ОС;

Р — передача напряжения цепи обратной связи (с выхода усилителя на его вход).

При глубокой отрицательной обратной связи коэффициент усиления по напряжению

Таким образом, при глубокой ОС коэффициент усиления усилителя не зависит от величины коэффициента усиления самого

усилителя а зависит только от коэффициента передачи цепи обратной связи Цепь обратной связи в усилителе в большинстве случаев выполнена в виде делителя напряжения на резисторах. Постоянство передачи напряжения такого делителя исключительно высоко.

Относительная нестабильность коэффициента усиления напряжения усилителя с ОС, вызванная изменением коэффициента К собственно усилителя, определяется выражением

Следовательно, если то необходимо, чтобы удовлетворялось условие Очевидно, при достаточно большом можно получить требуемую стабильность передачи напряжения усилителя несмотря на применение в усилителе элементов (ламп) со значительным разбросом параметров.

Усилители с большим коэффициентом усиления напряжения.

Из сказанного выше следует, что увеличение значения можно обеспечить повышением коэффициента усиления Все рассмотренные выше усилительные каскады имеют относительно небольшой коэффициент усиления по напряжению (при применении триодов Получение больших К с помощью увеличения числа каскадов нецелесообразно, так как для стабилизации коэффициента усиления необходимо использовать отрицательную обратную связь. В трехкаскадном усилителе напряжение обратной связи совпадает по фазе с входным напряжением на некоторой частоте. При этом возникает положительная обратная связь, система становится неустойчивой и усилитель превращается в генератор незатухающих колебаний. Поэтому удобнее использовать только двухкаскадный усилитель, охваченный противосвязью. Для стабилизации коэффициента усиления усилителя требуется большое значение произведения При этом для получения заданной величины необходим большой коэффициент усиления

Усилительный каскод на пентоде дает большее усиление, чем на триоде. Однако пентод имеет значительные нелинейные искажения: вследствие тока экранной сетки шумы пентода на 2—10 дБ выше, чем шумы триода.

В качестве усилительной ступени с большим усилением напряжения применяется каскад, в схеме которого анодные цепи двух (или большего числа триодов) соединены последовательно. На сетку нижнего триода подводится входное напряжение сигнала, сетка верхнего триода заземляется по переменному току. При подаче на сетку нижнего триода положительного напряжения сопротивление его анодной цепи постоянному току уменьшается и, следовательно, уменьшается напряжение катода верхнего триода. Это эквивалентно подаче на сетку верхнего триода положительного напряжения, которое уменьшает сопротивление постоянному току этого триода. В результате образуется внутренняя положительная обратная связь,

увеличивающая коэффициент усиления напряжения. Если параметры обеих ламп каскода (рис. II.12, а) одинаковы, то, как следует из графа (рис. II.12, б), коэффициент усиления

Каскодная схема на двух триодах эквивалентна лампе, которая имеет значительно больший статический коэффициент усиления и очень большое внутреннее сопротивление

Таким образом, каскод эквивалентен пентоду по характеристикам, но не имеет его недостатков.

Рис. II.12. Каскодный усилитель: а — схема каскода; — граф схемы

Каскод имеет меньшие собственные шумы, малую входную емкость, ничтожно малую связь между выходом и входом. В измерительной технике используются мостовые схемы на каскодах.

Усиление каскода уменьшается даже при нагрузке на сопротивление утечки сетки следующего каскада. Чтобы сохранить большое усиление каскода, как правило, его выход присоединяют ко входу катодного повторителя.

«Голодный» режим пентода. Если входной каскад должен иметь большое усиление и узкую полосу пропускания, то можно использовать пентод в режиме малых напряжений питания. При анодном напряжении и при напряжении на экранной сетке

5 В, анодном токе . При сопротивлении анодных нагрузок Основной недостаток такой схемы — увеличение тока управляющей сетки и необходимость экспериментальной настройки каждого усилительного каскада.

Обеспечение устойчивости трехкаскадного усилителя, охваченного ОС. Другой способ проектирования усилителей с неизменным усилением состоит в применении отрицательной обратной связи, охватывающей весь

усилитель, и применении корректирующих ячеек в каждой цепи межкаскадной связи, уменьшающих общий коэффициент передачи напряжения до величины меньше единицы на частоте, при которой фазовый сдвиг между достигает 180°.