2.3. Последовательная обратная связь по току.

Рис.8.6

Рис. 8.7..

Последовательная ОС току (рис.8.6) ─ это когда напряжение обратной связи (Uос) будет изменяться пропорционально току нагрузки, а по отношению к входному сигналу напряжение ОС подключается последовательно с источником входного сигнала (U_с). Например, в лекции 5, в схеме усилителя (рис.5.8) при разомкнутом ключе «К» действует последовательная ООС по переменной составляющей тока ( и по постоянной тоже).

0. Параллельная обратная связь по току.

Параллельная обратная связь по току (рис.8.7) ─ это когда напряжение обратной связи (Uос) будет изменяться пропорционально току нагрузки, а по отношению к входному сигналу напряжение ОС подключается параллельно с источником входного сигнала (U_с).

2.5. Смешанная обратная связь: используется комбинация первых двух способов, при этом напряжение обратной связи содержит две составляющие, пропорциональные напряжению и току.

Обозначения на структурных схемах усилителей (рис.8.4….8.7):

Усилитель  усилитель напряжения звуковой частоты;

ЭОС  элемент обратной связи (или цепь обратной связи  ЦОС);

Z_н  сопротивление нагрузки усилителя;

U_с  напряжение источника входного сигнала;

U_вх  напряжение на входе усилителя;

U_вых  напряжение на выходе усилителя;

U_ос  напряжение обратной связи на выходе элемента обратной связи.

Напряжение обратной связи, в зависимости от схемного решения цепи обратной связи, может быть в фазе или в противофазе с входным сигналом. Результатом воздействия на работу усилителя, в том и другом случаях, будет изменение одного из главных показателей усилителя  коэффициента усиления по напряжению усилителя, который показывает, во сколько раз напряжение на выходе больше напряжения на входе, поэтому есть смысл рассмотреть коэффициенты усиления по напряжению в схемах с обратными связями и без них.

Назовем коэффициент усиления напряжения усилителя без обратной связи коэффициентом прямой передачи и обозначим его через «К», а коэффициент усиления напряжения в усилителе с обратной связью обозначим через «К_ос», который в общем случае имеет комплексный характер:

(8.1)

Чтобы оценить, какая часть напряжения с выхода через цепь обратной связи попадает на вход усилителя, введём понятие коэффициента передачи цепи обратной связи  :

(8.2)

Пределы изменения  от 0 до + 1  при положительной обратной связи и от 0 до  1  при отрицательной обратной связи.

Чем больше , тем глубже обратная связь. Напряжение обратной связи (U_ос) в общем случае

При наличии обратной связи в усилителе на его вход поступает сумма двух напряжений: напряжение обратной связи и напряжение от источника сигнала:

;

;

(8.3)

Если напряжение обратной связи окажется в фазе со входным сигналом, то такую обратную связь принято называть положительной (автогенераторы, компараторы работают с положительной обратной связью). При положительной обратной связи (ПОС) общий коэффициент усиления увеличивается.

Если напряжение обратной связи окажется в противофазе со входным сигналом, то такую обратную связь принято называть отрицательной  ООС (усилители, операционные усилители и пр.).

Произведение «К» называется фактором обратной связи, его знак совпадает со знаком обратной связи; при положительной обратной связи знаменатель дроби уменьшается, а коэффициент усиления увеличивается, при отрицательной обратной связи знаменатель дроби увеличивается, а коэффициент усиления уменьшается.

Если фазовый сдвиг между напряжениями U_с и U_ос будет равен «», то в этом случае

. (8.4)

И, следовательно, коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, уменьшается в раз по сравнению с коэффициентом усиления без ОС. В тех схемах, где используется глубокая ООС коэффициент усиления усилителя практически не зависит от параметров усилительного тракта, так как произведение «К» в этом случае значительно больше единицы, поэтому

Примером 100% ООС являются эмиттерный и истоковый повторители.

Таким образом, коэффициент усиления усилителя определяется только параметрами цепи ОС, что и определяет высокую стабильность коэффициента усиления: цепь обратной связи выполняется на пассивных элементах, электрические параметры которых более постоянны, нежели параметры транзистора, поэтому величину «» будем считать величиной постоянной.

В процессе эксплуатации параметры транзистора сильно изменяются, а это приводит к тому, что и параметры усилительного каскада, связанные с параметрами транзистора, также изменяются. Например, при изменении температуры окружающей среды или напряжений источников питания изменяется коэффициент усиления усилителя.

Изменение коэффициента усиления усилителя без ООС можно оценить относительной величиной dК/К, в усилителях с ООС  величиной dК_ос/К_ос. Величину «» считаем постоянной, а значение «dК_ос» можно найти простым дифференцированием уравнения по «К»

На первый взгляд для усилителя это явление  уменьшение коэффициента усиления  нежелательное, но дело в том, что именно ООС обеспечивает схеме усилителя стабильность коэффициента усиления по напряжению. Коэффициент усиления усилителя подвержен влиянию многих факторов (непостоянство напряжения источников питания, изменение температуры, старение элементов схемы, влажность, давление и пр.), поэтому схема усилителя должна отслеживать изменения режима работы и отрабатывать их.

Сущность стабильности коэффициента усиления усилителя, охваченного ООС, заключается в следующем. Если за счет перечисленных факторов произошло увеличение коэффициента усиления на величину К, то напряжение обратной связи увеличится на соответствующую величину U_ос, а, следовательно, напряжение на входе усилителя U_вх уменьшится. Если же произошло уменьшение усиления, то напряжение обратной связи уменьшится, а напряжение на входе усилителя возрастет.

Пример. В усилителе, охваченном отрицательной обратной связью (ООС), известно: коэффициент усиления усилителя без ООС равен К = 100; коэффициент передачи обратной связи  = 0,2.

Требуется определить, как изменится коэффициент усилителя при наличии ООС, если коэффициент усиления К прямой передачи (без ООС) увеличился на 50 %.

Коэффициент усиления при наличии в схеме усилителя ООС

.

Новое значение коэффициента усиления усилителя с ООС при изменении собственно коэффициента усиления усилителя на 50 %

.

Расчет показывает, что при изменении коэффициента усиления усилителя без ООС на 50 %, коэффициент усиления усилителя с ООС изменился всего лишь на 0,04, что практически не скажется на работе усилителя, то есть ООС действительно обеспечивает стабильность параметру «К».

Вывод. ООС в усилителе препятствует любому изменению величины коэффициента усиления напряжения и этим оправдано ее применение в усилительных устройствах. За счет ООС в схемах удается отслеживать и корректировать положение рабочей точки усилителя на ВАХ, а, следовательно, и изменения коэффициента усиления усилителя. Вообще, ООС улучшает все характеристики и параметры усилителя.