Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2017
S. Chekcheyev
EDN
Усилитель напряжения на Рисунке 1 вносит существенно меньшие нелинейные искажения, чем обычный усилитель, изображенный на Рисунке 2.
 |
||
| Рисунок 1. | Добавление простого диода в эмиттер схемы делает выходной сигнал симметричным (осциллограмма на Рисунке 4). |
|
Присущие n-p-n транзистору искажения компенсируются диодом D1. Коэффициент усиления напряжения усилителя с общим эмиттером зависит от крутизны транзистора. Крутизна биполярного транзистора выражается следующей формулой:
где
e – заряд электрона,
k – постоянная Больцмана (приблизительно 1.38×10–23 Дж/K),
T°C – температура в градусах Цельсия,
I – ток эмиттера,
n = e/[k(273+T°C)].
 |
||
| Рисунок 2. | Этот усилитель вносит нелинейные искажения (осциллограмма на Рисунке 3). |
|
Таким образом, крутизна пропорциональна току эмиттера. Следовательно, мгновенный коэффициент усиления напряжения обычного усилителя с общим эмиттером пропорционален мгновенному значению эмиттерного тока. В результате отрицательные полуволны выходного сигнала оказываются усиленными больше, чем положительные (Рисунок 3).
 |
||
| Рисунок 3. | Эти искажения сигнала обусловлены нелинейностью крутизны транзистора Q1. |
|
 |
||
| Рисунок 4. | Осциллограмма наглядно демонстрирует благоприятное влияние отрицательной обратной связи, вносимой диодом, добавленным в схему на Рисунке 1. |
|
Динамическое сопротивление диода D1 в схеме на Рисунке 1 обратно пропорционально мгновенному значению тока. Это динамическое сопротивление входит составной частью в цепь отрицательной обратной связи усилителя. Средний ток диода D1 равен среднему току эмиттера транзистора Q1. Однако при увеличении мгновенного тока эмиттера Q1 мгновенный ток D1 становится меньше, а мгновенное динамическое сопротивление D1 становится больше, и наоборот. Поэтому во время отрицательных полуволн выходного сигнала глубина отрицательной обратной связи увеличивается. В результате выходной сигнал усилителя становится более симметричным (Рисунок 4). Средние коллекторные токи и сопротивления нагрузки схем на Рисунках 1 и 2 одинаковы.
 |
||
| Рисунок 5. | Нелинейные искажения линеаризованного усилителя уменьшаются более чем втрое по сравнению с обычным усилителем. |
|
На Рисунках 3 и 4 показаны результаты моделирования в PSpice. При входных синусоидальных сигналах частотой 1 кГц амплитуды выходных сигналов в обоих случаях равны 5 В пик-пик. Хорошо видно положительное влияние линеаризации усилителя на симметрию выходного сигнала. Количественные результаты моделирования приведены на Рисунке 5. Уменьшение нелинейных искажений происходит из-за подавления четных гармоник на выходе линеаризованного усилителя.
