Отрицательная обратная связь в усилителях

Транзисторы, будучи полупроводниковыми приборами, имеют два существенных недостатка. Первый связан с уже отмеченной принципиально нелинейной зависимостью тока коллектора от управляющего напряжения. Второй недостаток заключается в том, что характеристики транзистора сильно зависят от температуры. В частности, с ростом температуры возрастает неуправляемый ток коллектора I_K0, связанный с генерацией пар «электрон — дырка» (он увеличивается в два раза при повышении температуры на каждые 10 °С). В зависимости от температуры изменяется коэффициент передачи тока транзистора β. Это приводит к уходу рабочей точки р от своего первоначального положения, изменению коэффициента усиления и опять же к нелинейным искажениям выходного напряжения.

Существенное снижение нелинейных искажений обеспечивает использование в усилителях отрицательной обратной связи. При этом часть выходного сигнала подается обратно на вход, с тем чтобы противодействовать входному сигналу. Вследствие этого, естественно, уменьшается усиление. Однако с помощью отрицательной обратной связи можно добиться, чтобы усиление практически не зависело от нелинейной передаточной характеристики транзистора и в основном определялось соотношением омических сопротивлений.

Схема, приведенная на рис. 2.6, использует отрицательную обратную связь по току. Она обеспечивает компенсацию нелинейных искажений и термостабилизацию рабочей точки. Элементом, обеспечивающим эту связь, является резистор в эмиттерной цепи

Рис. 2.6. Схема с отрицательной обратной связью по току

Приближенно можно считать, что приращение напряжения на равно приращению напряжения на R_Э (см. работу эмиттерного повторителя):

.

В связи с тем, что через R_K протекает практически тот же ток, что и через R_Э, то и изменение падения напряжения на сопротивлении R_K будет больше, чем соответствующее изменение на сопротивлении R_Э в R_K/R_Э раз. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению схемы с ООС приближенно определяется как

Как видим, коэффициент усиления уже не зависит от параметров транзистора, а определяется только соотношением омических сопротивлений R_K и R_Э.

Положим теперь, что увеличение тока коллектора вызвано повышением температуры. Поскольку потенциал на базе транзистора при этом не изменяется, приращение приведет к уменьшению управляющего напряжения U_БЭ и снижению тока базы, а следовательно, и тока коллектора. Ток коллектора, таким образом, стабилизируется.

Для отвода от резистора R_Э переменной составляющей тока эмиттера I_Э~ включают шунтирующий конденсатор С_Э достаточно большой емкости (десятки микрофарад), сопротивление которого X_C = 1/2πfC_Э для переменного тока составляет небольшую величину.