обратной связи, которые показаны на рис. 8-8, легко приспособить к схеме дифференциального усилителя. На рис. 8-9 приведена схема дифференциального каскада с последовательно-параллельной обратной связью, специально предназначенная для широкополосного усилителя. Коэффициент усиления этого каскада по напряжению для одиночного выхода равен:

где г1 - динамическое сопротивление эмиттера транзистора Ti, определяемое формулой

1 Ur

(8-10)

Заметим, что усиление схемы можно регулировать извне путем изменения глубины последовательной обратной связи в первом каскаде. Это достигается внешним закорачиванием отводов резисторов (А, А) и (В, В), что приводит к уменьшению сопротивления в цепи обратной связи и, следовательно, к увеличению усиления.

На рис. 8-10 приведена частотная характеристика для одиночного выхода широкополосного усилительного каскада, показанного на рис. 8-9, при различных коэффициентах усиления. Из рисунка видно, что схема каскада с последовательно-параллельной обратной связью имеет значительно более широкую полосу пропускания на уровне 3 дБ при одинаковом усилении по сравнению со схемой составного устройства рис. 8-4. Микрофотография монолитной пластинки дифференциального каскада с последовательно-параллельной обратной связью показана на рис. 8-11.

8-5. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В ДВУХ-И ТРЕХКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЯХ

Другим подходом к проектированию высокочастотных усилителей с обратной связью является использование цепей обратной связи, охва-

тывающих полностью весь усилитель. В этом случае обратная связь должна охватывать два или более каскадов усилителя. По сравнению с внутрикаскадной обратной связью, которая рассматривалась в предыдущем параграфе, обратная связь, охватывающая целиком весь многокаскадный усилитель, обеспечивает более высокую стабильность уровня сигнала и меньшую чувствительность к отклонениям коэффициента . усиления отдельных каскадов. Однако, поскольку в схеме, охваченной обратной связью, оказывается большее количество активных элементов, необходимо более тщательно анализировать влияние недоминирующих полюсов и фазовые сдвиги, обусловленные этими активными элементами. Такой анализ требуется для обеспечения устойчивости усилителя

В общем случае, как показывает анализ, число отдельных каскадов, которые можно охватить одной петлей обратной связи, ограничено соображениями устойчивости. На рис, 8-12 и 8-13 приведены некоторые многокаскадные усилительные схемы, охваченные обратной связью, которые применяются в монолитной форме. В зависимости от числа активных элементов в контуре, охваченном обратной связью, эти схемы можно разделить на двух- и трех-каскадные.

Двухкаскадная схема с последовательно-параллельной обратной связью, показанная на рис, 8-12,й, как правило, используется в качестве широкополосного усилителя напряжения. Благодаря последовательной обратной связи во входном каскаде схема обладает большим входным сопротивлением, а благодаря параллельной обратной связи в выходном каскаде - низким выходным сопротивлением. Если предположить, что сопротивления коллекторных резисторов Ri и Rz выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось достаточно большое усиление при разомкнутой цепи обрат-

ной связи, то коэффициент усиления по напряжению при замкнутой цепи обратной связи приближенно можно выразить формулой

Яэ

(8-11)

Схема усилителя с параллельно-последовательной обратной связью (рис. 8-12,6) имеет низкое входное и высокое выходное сопротивление, поэтому она особенно пригодна в качестве усилителя тока. Если принять, что ее усиление при разо- мкнутой цепи обратной связи достаточно велико и что источник сигнала имеет большое внутреннее сопротивление, то усиление по току будет определяться приближенно только элементами цепи обратной связи:

вых Rs -Ь .сбр Ra

(8-12)

Трехкаскадные схемы усиления с обратной связью приведены на рис. 8-13. Поскольку здесь уже три каскада охвачены цепью обратной связи, эти схемы имеют более высокое усиление при разомкнутом контуре обратной связи и более высокую стабильность уровня по сравнению с двухкаскадными схемами. Трехкаскадная схема с последовательно-последовательной обратной связью (рис. 8-13,с) имеет высокое входное сопротивление и, следовательно, более пригодна для работы в качестве усилителя напряжения с источником сигнала, имеющим малое внутреннее сопротивление. Коэффициент усиления такой схемы в середине полосы пропускания приближенно записываются в виде

Rn (Дэ, + Рэг + Rc6v)

RbiRb

(8-13)

б) ф

Ряс. 8-12. Двухкаскадные схемы с обратной связью: с последовательно-параллельной обратной связью (а); с параллельно-последовательной обратной связью (б).

X-1-

Рис. 8-13. Трехкаскадные cxcMdi с обратной связью.

Трехкаскадная схема с параллельно-параллельной обратной связью (рис. 8-13,6) наиболее подходит для усиления тока. Коэффициент усиления такой схемы в середине полосы пропускания выражается в виде

Rc6PiRaipi + (/?c6Pi -f- обРэ)

RbRb

(8-14)

При проектировании интегральных широкополосных усилителей наиболее часто применяются двухкаскадная схема с последовательно-параллельной обратной связью (рис. 8-12,а) и трехкаскадная схема с последовательно-последовательной обратной связью (рис. 8-13,а). Можно показать, что характеристики этих двух схем приблизительно одинаковы, хотя двухкаскадная схема с последовательно-параллельной обратной связью имеет немного более широкую полосу по уровню 3 дБ при одинаковом усилении. А более высокий коэффициент передачи в цепи обратной связи по постоянному току в трехкаскадной схеме обеспечивает лучшую стабильность уровня. Благодаря этому преимуществу трехкаскадная схема с последовательно-последовательной обратной связью является одной из немногих схем, которые можно изготовить в интегральной форме, не применяя дифференциальную схему .усилителя.

На рис. 8-14 приведена полная принципиальная схема интегрального широкополосного усилителя, в котором в качестве усилительного элемента использован трехкаскад-ный усилитель с последовательно-последовательной обратной связью. Кроме основного трехкаскадного усилителя с обратной связью, эта схема содержит большое количество дополнительных активных и пассивных элементов. Трехкаскадный усилитель образуют транзисторы Ti, Т2, Ts и резисторы цепи обратной связи •э1, э2, Ro6v Для обеспечения малого выходного сопротивления в схеме применен эмиттерный повтори-

Рис. 8-14. Принципиальная схема широкополосного усилителя, в котором использована трехкаскадная схема с последовательно-последовательной обратной связью (Motorola МС 1553).

тель на транзисторе Г4. Небольшая внутренняя емкость, порядка 2 пФ, придает схеме дополнительную широкополосность. Этот специфичный метод расширения полосы пропускания, называемый методом «разнесения полюсов», будет описан в следующем параграфе. Кроме основной петли обратной связи, в схеме на рис. 8-14 имеется дополнительная параллельная цепь обратной связи по постоянному току, образованная резисторами Rs и Rs я транзистором Те. Эта обратная связь обеспечивает стабилизацию уровня смещения по постоянному току на входном транзисторе Tl и поддерживает постоянное выходное напряжение приблизительно на уровне независимо от отклонений абсолютных значений величин элементов схемы и колебаний напряжения источника питания. Внешний шунтирующий конденсатор Сб используется для устранения связи по переменному току между входом и выходом через цепь дополнительной обратной связи. Если схема работает от источника сигнала с малым внутренним сопротивлением, то емкость Сб можно исключить из схемы, а прохождение сигнала переменного тока через цепь обратной связи ослабить путем выбора отношения сопротивления