5.3. Зворотні зв'язки в підсилювачах
Зворотний зв'язок — це передача частини сигналу з виходу підсилювача на його вхід. Загальні питання ЗЗ з позиції теорії лінійних чотириполюсників розглянуто в п. 2.6. У підсилювачах найчастіше використовують негативні ЗЗ, при яких фаза напруги ЗЗ протилежна фазі напруги вхідного сигналу. Як показано вище, негативний ЗЗ зменшує коефіцієнт підсилення пристрою. Крім того, можна довести, що він зменшує частотні та нелінійні спотворення сигналу і стабілізує характеристики підсилювача.
При позитивному ЗЗ фази напруг ЗЗ та сигналу на вході підсилювача збігаються. Це зумовлює зростання коефіцієнта передачі, але знижує стабільність роботи схеми. Такі підсилювачі називають регенеративними, їх іноді використовують для підсилення радіосигналів.
Ступінь впливу ЗЗ на параметри і
характеристики підсилювача залежить
від коефіцієнта ЗЗ
та типу ЗЗ.
На рис. 5.6, а показано структурну схему підсилювального каскаду з негативним ЗЗ, послідовним за струмом, а на рис. 5.6, б — принципову схему, яку легко одержати зі схеми
Рис. 5.6. Структурна (а) і принципова (б) схеми підсилювального каскаду з негативним
ЗЗ, послідовним за струмом
на рис. 5.2, а, якщо з неї вилучено конденсатор .
Коефіцієнт ЗЗ для цієї схеми
.
(5.8)
Фактор ЗЗ
.
(5.9)
Параметри каскаду, охопленого ЗЗ,
;
.
(5.10)
Після перемикання резистора із спільної шини живлення в коло колектора транзистора в підсилювальному каскаді, структурну схему якого зображено на рис. 5.7, а, принципову — на рис. 5.7, б, створюється негативний ЗЗ, паралельний за напругою. Такий зв'язок сприяє стабілізації коефіцієнта передачі струму, але зменшує, вхідний опір каскаду.
На основі типового підсилювального каскаду можна побудувати також підсилювачі з іншими видами ЗЗ, наприклад підсилювачі, складені за схемами із спільним колектором (витоком) і спільною базою (затвором). Їх можна розглядати як типові підсилювачі, охоплені 100 %-м негативним ЗЗ, послідовним за напругою та паралельним за струмом (рис. 5.8). Ці схеми знайшли широке практичне застосування як повторювачі сигналу і трансформатори опору.
Розглянемо докладніше емітерний
(витоковий) повторювач сигналу. Згідно
з (2.27) коефіцієнт передачі напруги такого
каскаду наближається до 1. Вхідний опір
його більший, а вихідний менший, ніж
відповідні опори типового підсилювача
напруги в
разів. Тому емітерний повторювач
застосовується як елемент узгодження
між великим вихідним опором
Рис. 5.7. Структурна (а) і принципова (б) схема підсилювального каскаду негативним
ЗЗ, паралельним за напругою
Рис. 5.8. Структурні схеми підсилювачів із 100 %-м негативним ЗЗ, послідовним за
напругою (а) і паралельним за струмом (б), та принципова схема емітерного
повторювача сигналу (в)
джерел сигналу і малим вхідним опором його споживачів. Крім того, його зручно використовувати як міжкаскадний буферний елемент у підсилювачах на біполярних транзисторах, власний вхідний опір яких дуже малий. Повторювачі напруги дуже поширені також як каскади, призначені для узгодження підсилювачів напруги та підсилювачів потужності. Оскільки в підсилювачах потужності звукового діапазону частот навантаження майже завжди низькоомне, вихідні каскади підсилювачів теж часто будують за схемами емітерних (витокових) повторювачів.
Як досить поширений приклад розглянемо парафазний підсилювальний каскад, принципову схему якого показано на рис. 5.9. У цьому каскаді опори резисторів у колі колектора й емітера вибирають однаковими. Коефіцієнт передачі каскаду дорівнює 1. Отже, напруги сигналів на його емітерному і колекторному виходах будуть однаковими за амплітудами, але протилежними за фазами, що дуже зручно при з'єднанні такого каскаду з двотактним підсилювачем потужності.
Рис. 5.9. Принципова схема парафазного підсилювального каскаду
Крім розглянутих схем у практичній радіоелектроніці досить поширеними є схеми з частотнозалежними ЗЗ. Їх використовують для корекції АЧХ, а також для побудови аперіодичних вибірних підсилювачів й активних фільтрів.
Якщо в типовій схемі аперіодичного
підсилювача напруги ємність конденсатора
С
вибрати з умови
, (5.11)
то в усьому діапазоні частот у схемі діятиме негативний ЗЗ на резисторі . Однак поблизу верхньої граничної частоти конденсатор усуватиме дію цього зв'язку і коефіцієнт передачі каскаду із зростанням частоти збільшуватиметься, тим самим компенсуючи його зменшення
Рис. 5.10. Структурна (а) і принципова (б) схеми активного RC–фільтра
через частотні спотворення в каскаді, що виникають унаслідок дії ємності конденсатора
Приклад активного -фільтра, побудованого на підсилювачі зі ЗЗ, ілюструє рис.5.10. У такій схемі є квазірезонанс, зумовлений тим, що на частоті
. (5.12)
ЗЗ розривається і підсилення в схемі
максимальне. На частотах за межами
внаслідок дії негативного ЗЗ коефіцієнт
передачі фільтра зменшується.