Обратные связи в усилителях

Обратной связью (ОС) в усилителях называется передача части выходного сигнала на вход. Электрические цепи, осуществляющие эту передачу, носят название цепей обратной связи.

На рис. 10.30 изображена структурная схема усилителя с ОС по напряжению. ОС в усилителях создают специально для изменения их свойств. Однако ОС иногда возникают самопроизвольно. Самопроизвольные ОС называют паразитными.

Цепь обратной связи ЦОС характеризуется коэффициентом обратной связи (3, определяемым по формуле.

где и_ос — напряжение ОС; п_вых — выходное напряжение усилителя.

Если напряжение и_ос складывается с входным напряжением и_вх, то такая ОС называется положительной (ПОС). При этом на вход усилителя подается увеличенное напряжение и_г.

Если напряжение и_ос вычитается из входного напряжения и_вх, то такая ОС называется отрицательной (ООС). При этом на вход усилителя подается уменьшенное напряжение и_г.

Все ОС делятся на ОС по напряжению и ОС по току. В ОС по напряжению напряжение ОС пропорционально выходному напряжению усилителя. В ОС по току напряжение ОС пропорционально выходному току усилителя.

Кроме того, все ОС по виду входных цепей усилителей подразделяются на последовательные, при которых цепи ОС включаются последовательно с входными цепями усилителя, и параллельные, когда цепь ОС включается параллельно входным цепям усилителя.

Рассмотрим влияние ООС по напряжению на коэффициент усиления усилителя. При отрицательной последовательной ОС по напряжению для входной цепи усилителя можно записать выражение:

Учитывая то, что и_ос = (Зп_вых (10.2), получаем:

Рис. W.30. Структурная схема усилителя с обратной связью по напряжению:

У — усилитель; ЦОС — цепь обратной связи; С — сумматор При этом коэффициент усиления усилителя без ОС равен:

Тогда выражение для коэффициента усиления усилителя с ООС будет иметь вид.

Разделив в последнем выражении (10.4) числитель и знаменатель на и_г, окончательно получим:

Из формулы (10.5) следует, что введение ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя в (1 + (ЗК) раз.

Аналогично можно показать, что коэффициент усиления усилителя с ПОС равен:

Как следует из выражения (10.6), введение ПОС повышает коэффициент усиления усилителя. Однако ПОС в усилителях практически не применяется, так как снижает стабильность коэффициента усиления, а обычно используется в электронных генераторах.

Несмотря на снижение коэффициента усиления, ООС в усилителях применяют очень часто. В результате введения ООС существенно улучшаются свойства усилителя:

• а) повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при изменении параметров транзисторов;
• б) снижется уровень нелинейных искажений;
• в) увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивления усилителя;
• г) расширяется полоса пропускания.

Введение

последовательной ООС по напряжению увеличивает входное сопротивление усилителя. Принимая во внимание, что.

уравнение (10.3) можно записать в виде.

где К_вх ос — входное сопротивление усилителя с ОС; R_BX — входное сопротивление усилителя без ОС; i_BX — входной ток усилителя.

Таким образом, входное сопротивление усилителя за счет введения ООС увеличивается в (1 + |3К) раз.

Введение

последовательной ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя.

Для выходного напряжения усилителя с ООС можно записать выражение.

где н_вых ос — выходное напряжение усилителя с ОС; п_вых — выходное напряжение усилителя без ОС.

Принимая во внимание, что и_выхОС = К_вх._ос*вых ^и «вых = ^RbxW имеем выражение.

где i_BbIX — выходной ток усилителя.

Окончательно получаем:

Таким образом, выходное сопротивление усилителя за счет введения ООС уменьшается в (1 + (3i0 раз.

На рис. 10.31 приведена схема усилителя с последовательной ООС по напряжению. При этом ^иос — ^ивыхЯ2/№ + Я2).

На рис. 10.32 приведена схема усилителя с последовательной ООС по току.

Поскольку и_ос = Rli_BbIX, такая ОС возникает только при наличии выходного тока, т. е. при работе усилителя на нагрузочное устройство.

Следует отметить, что наряду с ОС, создаваемыми в усилителях специально, существуют паразитные обратные связи, которые возникают в усилителе самопроизвольно и очень часто существенно ухудшают его работу.

Рис. 10.31. Схема усилителя с последовательной ООС по напряжению.

Рис. 10.32. Схема усилителя с последовательной ООС по току.