Усилителя с обратной и без обратной связи

Физический смысл повышения стабильности коэффициента усиления усилителя с отри­цательной обратной связью заключается в том, что при изменении коэффициента усиления изменяется на­пряжение обратной связи , приводящее к измене­нию входного напряжения усилителя, препятствующего изменению выходного напряжения. Стабильность коэффициента при введении ООС широко используется для улучшения амплитудно-частотной характеристики усилителей переменного сигнала, при этом полоса пропускания усилителя расширяется.

Рассмотрим влияние последовательной обратной связи на входное и выходное сопротивления в диапазоне средних частот. Входное сопротивление усилителя с обратной связью определяет­ся как

Используя соотношение , получим

т.е. входное сопротивление каскада при последовательной обрат­ной связи по напряжению возрастает в раз, а положи­тельная обратная связь уменьшает его в раз.

Найдём выходное сопротивление усилителя по значению выходного тока , протекающего под действием приложенного напряжения , при замкнутом генераторе на входе :

Выходной ток определяется выражением

(2.17)

при этом

(2.18)

Подставив выражение (2.18) в (2.17), получим

(2.19)

(2.20)

Из выражения (2.20) видно, что выходное сопротивление усилителя, охваченного ООС, уменьшается. Увеличение входного и уменьшение выходного сопротивлений усилителя с ООС — очень ценные свойства для его оконечных каскадов: обеспечива­ется меньшая зависимость выходного напряжения усилителя при изменении сопротивления нагрузки, усилитель приближается посвоим параметрам к идеальному источнику напряжения.

1.2.8 Последовательная обратная связь по току

Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по току приведена на рис. 1.18. Напряжение обратной связи снимается с резистора, включенного последовательно с нагрузкой , при протекании через резисторы выходного тока .

Коэффициент передачи для последовательной обратной свя­зи по току представляет собой проводимость или крутизну передачи. Однако удобнее анализировать схему с помощью коэффици­ента передачи напряжения:

(2.21)

Рисунок 1.18 Последовательная обратная связь по току

Для входной цепи справедливо выражение а коэффициент усиления определяется выражением

(2.22)

выражение (2.21) показывает, что последовательная об­ратная связь по току оказывает такое же влияние на коэффици­ент усиления и его нестабильность, как и последовательная об­ратная связь по напряжению.

Входное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью, равно

(2.23)

где ; — проводимость прямой передачи усилителя с обратной связью, которая меньше нуля для отрицатель­ной обратной связи по току.

Поэтому входное сопротивление усилителя, охваченного от­рицательной обратной связью по току, увеличивается в раз, а положительнаяОС уменьшает его в раз.

Выходное сопротивление усилителя, охваченного последова­тельной обратной связью по току, определяется при подаче пере­менного напряжения на выход усилителя при коротком за­мыкании генератора ( ):

(2.24)

где

Данный тип обратной связи применяется тогда, когда необ­ходимо иметь очень большое выходное сопротивление усилителя. В этом случае усилитель эквивалентен генератору тока, и выход­ной ток не зависит от сопротивления нагрузки.

Независимо от вида отрицательная обратная связь умень­шает сигнал на входе, что вызывает:

1. уменьшение коэффициента усиления;

2. повышение стабильности коэффициента усиления усили­теля при изменении параметров транзисторов;

3. уменьшение уровня нелинейных искажений;

4. расширение полосы пропускания. Последовательная отрицательная обратная связь уменьшает напряжение на входе усилителя и уменьшает входное сопротив­ление. Последовательная обратная связь по напряжению умень­шает выходное сопротивление, усилитель стремится к идеально­му источнику напряжения. Последовательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление, стабилизируя выход­ной ток усилителя.

Параллельная отрицательная обратная связь увеличивает входной ток, уменьшая входное и выходное сопротивления усилителя.

Отрицательная обратная связь нашла широкое применение в реальных устройствах. Положительная обратная связь в усили­телях нежелательна, однако в них могут самопроизвольно возни­кать паразитные положительные обратные связи, существенно ухудшающие их работу. Существует несколько видов паразитных обратных связей:

- между каскадами через цепи питания;

- емкостная (электростатическая), обусловленная паразитны­ми емкостями между выходом и входом усилителя;

- магнитная, появляющаяся при близком расположении входных и выходных трансформаторов усилителя.

При наличии в усилителе даже слабой положительной свя­зи ухудшается его работа: увеличиваются частотные и нелиней­ные искажения. При сильной паразитной связи ( ) усили­тель самовозбуждается, т.е. в нём возникает генерация на определенной частоте. В многокаскадных усилителях, имеющих один источник питания, возникают паразитные обратные связи между каскадами через цепи питания. Мощные оконечные кас­кады создают на внутреннем сопротивлении источника питания падение напряжения от переменной составляющей тока. Это пе­ременное напряжение попадает в цепи питания первых каскадов усилителя, вызывая нежелательные паразитные обратные связи. Для устранения таких связей применяют развязывающие RC-фильтры, В некоторых случаях первые каскады усилителя тоже имеют отдельные источники питания. Емкостные и индуктивные (магнитные) обратные связи возникают из-за плохого монтажа, когда входные цепи располагаются вблизи выходных. Между элементами входной и выходной цепей возникают ёмкость и вза­имная индуктивность. Такие паразитные связи устраняются эк­ранированием первых каскадов, рациональным монтажом и тре­буют большого практического опыта.