3. Обратные связи в усилителях

3.1. Классификация обратных связей

В усилительном устройстве обратной называют связь, которая обеспечивает передачу части сигнала из его выходной цепи во входную. Она используется для стабилизации коэффициента усиления, уменьшения искажений усиленного сигнала, т.е. для улучшения технических параметров и характеристик усилителя.

Существует несколько принципов классификации обратных связей:

По причинам возникновения ОС:

1. Любой активный элемент всегда имеет внутреннюю проводимость ОС (у₂₁).

2. Паразитная ОС между выходом и входом усилителя, обусловленная электромагнитными наводками. От такой связи всегда стараются избавиться, поскольку её параметры и характеристики зависят от многих факторов и сложно контролируются.

3. ОС специально введенная разработчиком для улучшения параметров усилителя.

По виду ОС:

1) положительная обратная связь (ПОС). Коэффициент передачи K_пос при введении ПОС:

,

(3.1)

где , ­­­–­­ коэффициент усиления каскада без ОС, – коэффициент петлевого усиления цепи ОС, – коэффициент усиления каскада, охваченного ОС, ­– напряжение на выходе цепи ОС.

Рис.3.1. Функциональная схема ОС

ПОС имеет место в том случае, если сигнал, снимаемый с выхода совпадает по фазе с входным сигналом. При этом результат взаимодействия двух сигналов равен сумме сигналов.

2) отрицательная обратная связь (ООС). Если сигнал на выходе усилителя противоположен по фазе входному сигналу, то тогда имеет место случай ООС. При этом результат взаимодействия двух сигналов равен разности сигналов:

,

(3.2)

где – фактор ООС, – коэффициент усиления усилителя с ООС.

Как правило, в усилителях применяют именно ООС.

Из выражений для коэффициента усиления каскада, охваченного ООС, следует, что при введении ООС коэффициент усиления усилителя уменьшается в F раз.

Классификация ОС по способу подачи сигнала обратной связи:

• ОС Z-типа (последовательное соединение ОС по входу и выходу) Напряжение такой ОС зависит от выходного тока, поэтому ее называют последовательной по току. В выходной цепи по всем ее участкам течет один и тот же ток, который на элементах цепи ОС создает падение напряжения, пропорционально напряжению ОС. При ХХ на выходе усилителя ток равен нулю, напряжение ОС равно нулю, т.е. ОС исчезает.

Рис.3.2. Последовательная по току ОС

• ОС Н-типа (последовательное по входу и параллельное по выходу). На выходе напряжение в цепи обратной связи будет таким же, как и на выходе усилителя. Такую ОС называют последовательной по напряжению.

Рис.3.3. Последовательная по напряжению ОС

• ОС Y-типа. (Параллельная ОС по входу и по выходу). Усиливаемый входной ток и ток обратной связи по входной цепи усилителя суммируются. Поскольку в выходной цепи усилителя охваченного параллельной ОС выходное напряжение усилителя совпадает с входным напряжением цепи ОС, то ОС такого вида называется параллельной по напряжению.

Рис.3.4. Параллельная по напряжению ОС

• ОС G-типа (параллельная по входу и последовательная по выходу). В современных одиночных усилительных каскадах встречается редко. Это связано с тем, что параллельная ОС по входу способствует уменьшению входного сопротивления, а последовательная ОС по выходу – увеличению выходного сопротивления. Это усложняет согласования усилителя с внешними устройствами, что является одной из причин ее редкого использования. Параллельно последовательная ОС называется параллельной по току.

Рис.3.5. Параллельная по току ОС

Все параллельные ОС по входу уменьшают входное сопротивление усилителя, а все последовательные ОС по входу увеличивают входное сопротивление усилителя.

Все ОС по напряжению уменьшают выходное сопротивление усилителя, а все ОС по току увеличивают выходное сопротивление усилителя.