15) Narysować i omówić charakterystyki fazowe i amplitudowe wzmacniacza. Odnieść to do charakterystyki napięciowej lub prądowej punktu pracy wzmacniacza.

Współczynniki K_u i Ki nazywane są odpowiednio współczynnikami wzmocnienia napięciowego i wzmocnienia prądowego lub w skrócie wzmocnieniem napięciowym lub prądowym. W wielu przypadkach ważna jest zależność współczynnika wzmocnienia od częstotliwości przy sinusoidalnym napięciu lub prądzie wejściowym. Zależność taka zwie się charakterystyką częstotliwościową wzmacniacza (charakterystyka częstotliwościowa bywa określana także jako charakterystyka amplitudowa). Wzmocnienie napięciowe, prądowe czy mocy wzmacniaczy często określa się w jednostkach miary logarytmicznej decybelach (dB).

Przy określonej częstotliwości lub w określonym paśmie charakterystyka amplitudowa ma maksimum równe K_u0. Dwie częstotliwości, przy których wzmocnienie ulega zmniejszeniu o pewną wartość są nazywane częstotliwościami granicznymi: dolną f_d i górną f_g. We wzmacniaczach elektronicznych przyjęto określać częstotliwości f_d i f_g na poziomie, przy którym wzmocnienie ulega zmniejszeniu do wartości K_u0 / √2 (co w mierze logarytmicznej odpowiada zmniejszeniu o 3 dB).

Wzmacniacze prądu zmiennego mogą wykazywać stałą wartość współczynnika wzmocnienia w szerokim (wzmacniacz szerokopasmowy) lub wąskim zakresie częstotliwości (wzmacniacz selektywny lub rezonansowy).

Jeżeli napięcie wejściowe zmienia się w sposób sinusoidalny, to napięcie wyjściowe jest w stosunku do napięcia wejściowego przesunięte w fazie o kąt φ, który jest zależny od częstotliwości napięcia wejściowego. Zależność kąta przesunięcia fazowego od częstotliwości nosi nazwę charakterystyki fazowej wzmacniacza.

Pomiędzy wielkościami wejścia a wyjścia istnieją zależności:

U_wy = K_U U_we I_wy = K_I I_we

Zależność wielkości wyjściowej od wielkości wejściowej U₂ = f (U₁) lub I₂ = f (I₁) nosi nazwę charakterystyki sterowania wzmacniacza (lub ch. wzmocnienia). Charakterystyka ta powinna być liniowa, jednak wskutek nieliniowości charakterystyki lamp lub tranzystorów ulega ona zakrzywieniu przy większych amplitudach. Wzmacniacze wykorzystuje się przeważnie w zakresie ich liniowej charakterystyki, przy których współczynniki wzmocnienia są stałe, niezależne od wartości wielkości wejściowej. Napięcie, które ogranicza obszar liniowego zastosowania wzmacniacza nazywa się napięciem przesterowania.

16) Omówić sprzężenie zwrotne przy przeanalizowaniu sygnału sprzężenia zwrotnego przy jego znaku dodatnim i ujemnym.

Proste układy wzmacniające posiadają szereg niekorzystnych właściwości. Można je polepszyć stosując sprzężenie zwrotne. Polega ono na skierowaniu części energii z obwodu wyjściowego do jego obwodu wejściowego.

W prostym układzie wzmacniającym (bez sprzężenia zwrotnego) współczynnik wzmocnienia napięciowego wynosi:

Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym otrzymuje się w ten sposób, że do zacisków wyjściowych przyłącza się nowy obwód, zwany obwodem sprzężenia zwrotnego, za pomocą którego część napięcia wyjściowego doprowadza się do zacisków wejściowych.

<- schemat blokowy z instrukcji do laborek

U₁' = U₁ - ΔU

Przy napięciu U₂ na prawych zaciskach obwodu sprzężenia, na lewych zaciskach otrzymujemy napięcie ΔU = U₂ · β_f

β_f to współczynnik wzmocnienia wzmacniacza w pętli (współczynnik sprzężenia zwrotnego).

Współczynnik sprzężenia układu ze sprzężeniem zwrotnym:

Można wyróżnić dwa przypadki:

1) dodatnie sprzężenie zwrotne

Napięcie sprzężenia zwrotnego dodaje się w zgodnej fazie do napięcia wejściowego:

β_f > 0 sgn β_f = 1 0 < | 1 - β_f k_u | < 1 β_f k_u' → 1 k_u' > k_u

Wzmocnienie wzmacniacza z dodatnim sprzężeniem zwrotnym określa wzór
.

Wypadkowe wzmocnienie k_u' jest większe niż wzmocnienie układu bez sprzężenia (następuje zwiększenie wzmocnienia układu). Mianownik ułamka jest wielkością zespoloną i w szczególnym przypadku, gdy k_u β_f = 1 + j0 wzmocnienie wzmacniacza staje się nieskończone. Oznacza to, że na jego wyjściu pojawi się sygnał przy braku zewnętrznego sygnału wejściowego lub że wartość sygnału wejściowego będzie niezależna od zewnętrznego źródła sygnału. Układ znajduje się w stanie generacji.

Dodatnie sprzężenie zwrotne może łatwo wprowadzić układ w zakres przesterowania.

2) ujemne sprzężenie zwrotne

Napięcie sprzężenia zwrotnego ma fazę przeciwną niż napięcie wejściowe (odejmuje się):

β_f < 0 sgn β_f = -1 | 1 - β_f k_u | >1 β_f k_u' → -1 k_u' < k_u

Jeśli β_f < 0, to wzmocnienie wzmacniacza z ujemnym sprzężeniem zwrotnym można określić wzorem
. Wypadkowe wzmocnienie k_u' jest mniejsze niż wzmocnienie układu bez sprzężenia (następuje zmniejszenie wzmocnienia układu).

Ujemne sprzężenie zwrotne stosuje się w celu stabilizacji pracy wzmacniacza. Odgrywa ono ważną rolę, gdyż parametry poszczególnych egzemplarzy danego typu tranzystorów są na ogół różne i zależą one od czynników takich jak punkt pracy temperatura, czas (starzenie). Stosuje się je przede wszystkim we wzmacniaczach, których głównym zadaniem jest utrzymanie stałej i ściśle określonej wartości wzmocnienia niezależnie od czynników zakłócających.

ch. częstotliwościowa pasmowa

ch. częstotliwościowa selektywno-rezonansowa

---