Умный дом

Multisim 293

К усилителю мощности. Линейный вход усилителя мощности имеет, примерно, такие параметры: входное напряжение - 250 мВ, входное сопротивление - 47 кОм. Если выходное сопротивление каскада будет на порядок ниже, то есть 4,7 кОм, входное сопротивление усилителя мощности не бу­дет мешать работе каскада. Выходное же сопротивление кас­када не превысит сопротивления нагрузки транзистора, рав­ного 5 кОм.

Усиления каскада в 300 единиц по напряжению, казалось бы, достаточно для многих целей. Так сигнал обычного дина­мического микрофона, который будет включен вместо генера­тора, имеет порядок 1 мВ, а выходной сигнал в 300 мВ соот­ветствует уровню стандартного линейного входа усилителя мощности. Чего нам еще желать?

Но если мы посмотрим на реальные схемы, то увидим, что они имеют несколько иной вид (рис. 3.11).

Что получилось с усилением? Кн = ЮОмВ / 5мВ (Кн = 20). Усиление снизилось более чем в 10 раз. Зачем же нам нужны лишние детали - резисторы R3 и R4, и потеря усиления?

Дело в том, что, в первую очередь, полупроводники очень чувствительны к изменению температуры. Это их свойство часто используют, изготавливая из полупроводников датчики температуры. У транзистора с изменением температуры ок­ружающей среды изменится ток коллектора, что сместит на­пряжение на коллекторе и может привести к искажению сиг­нала. Аналогично действует изменение напряжения питания. Попробуйте повлиять на ток коллектора, меняя величину со­противления резистора R1, и понаблюдайте за формой сигна­ла на экране осциллографа. Этого же можно добиться, меняя температуру в диалоговом окне условий моделирования (Simulate Analyses Temperature Sweep). Для этого нужно проставить новое значение температуры в строке Values от­крывающегося диалогового окна и щелкнуть кнопку Accept.

Дополнительные элементы схемы призваны стабилизиро­вать параметры усилительного каскада. Если обратиться к рис. 3.9, можно заметить, что входной и выходной сигналы находятся в противофазе. В нашей схеме (рис. 3.11) резистор R3 в сочетании с входным сопротивлением каскада образует параллельную обратную связь, а резистор R2 - резистор пос­ледовательной обратной связи. Обе обратные связи - отри­цательные по постоянному току - стабилизируют все пара­метры усилительного каскада.

Посмотрим, что произойдет, если ток коллектора возрас­тет. Напряжение на коллекторе транзистора падает, ток че­рез резистор R3 уменьшается, что приводит к уменьшению базового тока транзистора, а, следовательно, и тока коллек­тора, равного величине базового тока, умноженного на ста­тический коэффициент усиления транзистора.

Похожие изменения происходят и при наличии резисто­ра R2. Увеличение тока коллектора приводит к увеличению падения напряжения на этом резисторе. Ток базы зависит от напряжения между базой и эмиттером транзистора, ко­торое при увеличении падения напряжения на резисторе R2 уменьшается (оно равно разности напряжения между базой и общим проводом и падением напряжения на резисторе R2). С уменьшением напряжения между базой и эмиттером умень­шается ток базы, а, следовательно, ток коллектора.

Есть еще один из достаточно важных параметров каска­да, на который отрицательная обратная связь влияет благо­творно.

Верхняя граничная частота усилителя на рис. 3.9 составля­ет примерно 2,3 МГц (частота, на которой коэффициент уси­ления уменьшается на 3 децибела). Верхняя граничная часто­та усилителя на рис. 3.11 - более 16 МГц.

Для определения этой частоты можно построить частотную характеристику усшїителя - зависимость усиления от частоты. В средней части частотной характеристики график идет гори­зонтально, а после верхней граничной частоты происходит спад усиления в 20 дБ на декаду (то есть, изменение частоты • в 10 раз приводит к спаду усиления на 20 дБ или в 10 раз). Частотную характеристику можно строить по точкам. Изме­нив частоту, определить выходное напряжение, вновь изме­нить частоту и измерить выходное напряжение и т. д. Про­грамма Multisim предлагает воспользоваться для этой цели прибором - плоттером Боде. При работе с прибором не сле­дует забывать, что он работает тогда, когда на входе схемы включен генератор переменного напряжения (его параметры не существенны). Кроме того, включив схему, можно не обна­ружить частотной характеристики на экране плоттера Боде. Скорее всего, причина в том, что она выше выделенного окна. Изменяя параметр F вертикального отклонения, можно найти пропажу (рис. 3.12).

Кому-то подобные простые объяснения могут показаться излишне простыми. Но почему-то в сложных ситуациях имен­но об этих простых вещах вспоминаешь в последнюю оче­редь. Впрочем, это дело вкуса.

Так выглядит частотная характеристика усилительного каскада. Для получения фазовой характеристики на плотте­ре Боде следует включить клавишу Phase в верхней части прибора.

Знание фазовой характеристики усилительного каскада позволяет определить устойчивость усилителя после введе­ния отрицательной обратной связи. На граничной частоте фаза сигнала изменяется на 45° и продолжает изменяться со скоростью 45° на декаду (относительно фазы на входе). При

Рис. 3.12. Частотная характеристика каскада на плоттере Боде

Этом отрицательная обратная связь на некоторой частоте превращается в положительную. Если при этом усиление больше единицы, усилитель превращается в генератор. По­скольку часть сигнала с выхода усилителя приходит на вход в фазе с входным сигналом, складывается с ним, увеличивая выходной сигнал, часть которого складывается с входным...

Пожалуй, этого краткого введения будет достаточно. Могу только добавить, что первые иллюстрации сделаны в новой версии программы, которая, что бросилось мне в гла­за в первую очередь, весьма пополнилась в части используе­мой измерительной аппаратуры. Осциллограф не только выглядит, как настоящий, но и позволяет покрутить ручки, включить меню настроек на экране. Используемые микро­схемы пополнились, например, PIC-контроллерами. Про­грамма, как и предыдущие версии, очень наглядна и удобна для решения быстро возникающих неотложных проблем. Имеет интегрированный компоновщик РСВ (рис. 3.13).

Единственный существенный для меня недостаток про­граммы - стоимость полной профессиональной версии боль­ше 4000 долларов. А демо-версия (именно ее я использовал

Для иллюстрации) завершает работу на моем компьютере че­рез несколько дней, и в отличие от предыдущих версий, ра­ботающих без сохранения файла, не имеет приборного до­полнения. Увы!