1.3.Обратные связи в схемах усилителей

В схемах усилителей широко применяются различные обратные связи. Под обратной связью понимается передача сигнала с выхода усилителя на его вход. Такая передача сигнала существует в любых усилителях, даже если ее не создают искусственным путем. Она обусловлена наличием емкостных, индуктивных и гальванических связей в схемах усилителей.

На рис. 1.8 приведена структурная схема усилителя с обратной связью. Выходной сигнал усилителя 1 (в виде напряжения U_вых или тока I_вых) через цепь обратной связи 2 частично или полностью поступает к точке сравнения. В ней происходит сложение (или вычитание) входного сигнала U_вх или I_вх и сигнала обратной связи U_ос. или I_ос. Таким образом, на вход усилителя будет поступать сигнал, равный разности или сумме входного сигнала и сигнала обратной связи.

Рис. 1.8. Структурная схема усилителя с обратной связью: 1 – усилитель, 2 – цепь обратной связи

В качестве цепей обратной связи обычно используют пассивные цепи, коэффициенты преобразования и частотные характеристики которых существенно влияют на свойства усилителя.

Обратную связь (ОС) называют отрицательной (ООС), если она приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя, и положительной, если коэффициент усиления усилителя возрастает.

В зависимости от схемной реализации усилителя ОС может быть введена по постоянному току или постоянному напряжению, по переменному току или переменному напряжению, а также как по постоянному, так и по переменному току или напряжению.

С выхода усилителя сигнал можно снимать пропорционально как выходному напряжению, так и выходному току (рис. 1.9). В соответствии с этим различают ОС по напряжению, обратную связь по току и комбинированную ОС, в которой сигнал ОС пропорционален как напряжению, так и току в выходной цепи усилителя.

Рис. 1.9. Виды обратной связи: а) – по напряжению, б) – по току, в) – комбинированная обратная связь

Наибольшее распространение в усилительных устройствах предварительного усиления находит применение ОС по току и ОС по напряжению. Комбинированная ОС наиболее широко применяется в выходных каскадах усилителей мощности.

По способу введения сигнала обратной связи во входную цепь различают: последовательную схему введения ОС, параллельную и смешанную (рис. 1.10 ).

Рис.1.10. Способы введения обратной связи: а) – последовательно с входным сигналом, б) – параллельно входу усилителя, в) – смешанная ОС

В последовательной схеме введения ОС на входе усилителя происходит суммирование входного напряжения и напряжения ОС, в параллельной — суммирование входного тока и тока ОС, в смешанной схеме введения ОС с входным сигналом суммируются ток и напряжение цепи ОС.

1.4.Последовательная обратная связь по напряжению

Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по напряжению приведена на рис. 1.11. В этой схеме усилитель без ОС имеет коэффициент усиления по напряжению, равный К. Величина _ос является коэффициентом передачи цепи ОС и показывает, какая часть выходного сигнала поступает обратно на вход.

Определим коэффициент усиления усилителя с ООС К_ос = U_вых/U_вх. Для простоты и наглядности будем считать, что фазовые сдвиги в цепях усилителя и обратной связи отсутствуют.

Цепь ООС охватывает весь усилитель. При замыкании выхода цепи ОС (U_ос = 0), U_вых = КU₁.

При подаче напряжения ОС во входную цепь напряжение U₁ = U_вх – _осU_вых. Знак минус здесь появляется вследствие того, что обратная связь является отрицательной. Таким образом, имеем

U_вых = КU₁

U_вых =К(U_вх – _осU_вых).

Отсюда находим

(1.1)

Рис. 1.11. Структурная схема усилителя с последовательной ООС по напряжению

В выражении (1.1) _осК называется петлевым усилением, а 1+_осК — глубиной ОС.

В случае положительной ОС

U₁ = U_вх + _осU_вых

и выражение для К_ос имеет вид

.

Положительная ОС увеличивает значение коэффициента усиления усилителя. Значение петлевого усиления при положительной ОС _осК 1.

При _осК  1 усилитель теряет устойчивость и превращается в автогенератор.

В усилительных устройствах в основном применяется ООС. Применение OOС в усилителях обеспечивает повышение стабильности коэффициента усиления при смене активных компонентов, изменении напряжения питания, температуры окружающей среды и т.д., расширения полосы пропускания усилителя; уменьшения фазового сдвига между выходным и входным напряжениями; снижением уровня нелинейных искажений и т.д.