3.6. Обратная связь в усилителях

Обратной связью в электронных усилителях называется электрическая связь, передающая сигнал с выхода усилителя обратно на его вход. Количественно обратную связь оценивают коэффициентом обратной связи у, показывающим, какая часть выходного сигнала поступает на вход усилителя.

Рис. 28. Виды обратных связей:

а — по напряжению; б — по току; в — параллельная; г — последовательная

Так как сигнал на входе представляет напряжение, сигнал обратной связи (для возможности совместного его использования со входным сигналом) также удобно формировать в виде напряжения.

Обратную связь можно осуществить по напряжению, если сигнал обратной связи U_ОС пропорционален выходному напряжению, или по току, если U_ОС пропорционален выходному току. Для осуществления связи по напряжению (рис. 28, а) сигнал U_OC снимается с резистора R₂, составляющего с резистором делитель для выходного напряжения U_вых. Обратную связь по току (рис. 28,б) можно осуществить, если сигнал U_OC снимать с резистора R_OC, падение напряжения на котором пропорционально выходному току I_вых.

Напряжение обратной связи может вводиться параллельно с входным напряжением (рис. 28, в) или последовательно с ним (рис. 28, г).

Обратная связь может быть положительной, если напряжение U_OC действует согласно с напряжением U_вх (для сигналов постоянного тока они складываются, а для сигналов переменного тока совпадают по фазе), или отрицательной, если напряжение U_OC действует встречно с напряжением U_вх (для сигналов постоянного тока они вычитаются, а для переменного — находятся в противофазе).

Обратные связи существенно влияют на параметры и характеристики усилителей.

Покажем, например, влияние  на коэффициент усиления при последовательной положительной обратной связи по напряжению.

Из рис. 28, а напряжение обратной связи

где коэффициент обратной связи =R₂/(R₁+R₂).

Из рис. 28, г напряжение, приложенное непосредственно к входу усилителя,

Если k — коэффициент усиления собственно усилителя (т. е. до его охвата цепью обратной связи), то выходное напряжение

или

откуда коэффициент усиления с учтенной положительной обратной связью

Из выражения видно, что k_пос>>k, если k1, т. е. положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления, а отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления:

Тем не менее, в усилителях чаще используют отрицательную обратную связь, потому что она ценой снижения коэффициента усиления позволяет улучшить характеристики усилителя и другие его параметры.

3.7. Эмиттерный повторитель

Схема эмиттерного повторителя, представляющая каскад на транзисторе, включенном по схеме ОК, и использующаяся для усиления сигналов переменного тока, приведена на рис. 29, а.

В отличие от эмиттерного повторителя ключевых схем здесь, как и в каскаде усилителя, делитель напряжения — обеспечивает режим с фиксированным напряжением смещения по постоянному току, разделительные конденсаторы С_р1 и С_р2 предотвращают протекание постоянных токов по источнику входного сигнала и нагрузке.

Рассмотрим работу схемы в области средних частот, когда сопротивления разделительных конденсаторов можно считать незначительными и эквивалентная схема эмиттерного повторителя по переменному току выглядит, как показано на рис. 29, б, где эквивалентное сопротивление нагрузки переменному току R_ЭКн=R_ЭR_н/(R_Э+R_н).

Рис. 29. Эмиттерный повторитель (а) и его эквивалентная схема для средних частот (б)

Из рис. 29,б (на котором обозначены полярности входного и выходного напряжений для одного из полупериодов сигнала) видно, что напряжение U_БЭ =U_вх— U_вых. Эмиттерный повторитель представляет собой усилитель с глубокой отрицательной обратной связью, причем  = U_OC/U_вых = 1, потому что все выходное напряжение полностью является напряжением обратной связи.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя для сигналов переменного тока состоит из сопротивления делителя R_Б, и параллельного ему сопротивления R_вх собственно повторителя:

где R_ЭКн — эквивалентное сопротивление нагрузки, представляю­щее параллельно соединенные R_н и R_Э (рис. 29, б).