33. Зворотній зв*язок у підсилювачів. Коефіцієнт підсилення.
Зворотним зв’язком називають дію вхідного сигналу на вихідний сигнал підсилювача, при якому частина енергії підсиленого сигналу з виходу підсилювача подається на його вхід. Зворотні зв’язки створюють спеціально.
Зворотний зв'язок може бути корисним, якщо він виникає в результаті застосування спеціальних схем для покрахення властивостей підсилювача, або паразитним, якщо він виникає самочинно.
На рис. 1. Показано різні способи відімкнення кола зворотного з зв’язку до вхідного і вихідного кіл підсилювача.
Елемент схеми позначений буквою β ,є елементом зворотного зв’язку , завдяки якому частина напруги з виходу підсилювача попадає знову на його вхід . Якщо коло зворотного зв’язку під’єднується до виходу підсилювача,паралельно його навантаженню ,то напруга зворотного зв’язку ,буде прямо пропорційною напрузі на виході ; такий зв’язок називається зворотнім зв’язком за напругою (рис.1. а). Якщо коло зворотного зв’язку підімкнено до виходу підсилювача послідовно з його навантаженням , то напруга прямо пропорційною струму в навантаженні ;такий зворотній зв’язок називається зворотнім за струмом ./рис.1, б/. Можлива комбінація цих способів відімкнення кола зворотного зв’язку до виходу ,при якій напруга складається з двох складових ,пропорційних вихідні напрузі і струму ; такий зворотній зв’язок називається змішаним . Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до виходу підсилювача послідовно з джерелом вхідного сигналу ,то зворотній зв’язок називається послідовним (рис.1, а). Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до входу паралельно джерелу сигналу ,то зворотній зв’язок називається паралельним /рис.1 б/. Зворотній зв’язок може бути позитивний або негативним . Позитивний зворотній зв’язок виникає тоді коли напруга зворотного зв’язку збігається за фазою з вхідною напругою Uвх . Негативним зворотним зв’язком називається такий зв’язок між виходом і входом підсилювача ,коли напруга зворотного Uβ протилежна за фазою вхідній напрузі Uвх ,тобто ці напруги зсунуті між собою за фазою на 1800. Найпоширенішими у підсилювачах є послідовний негативний зворотній зв’язок за напругою .
У першому випадку ( >0) зворотний зв'язок називається позитивним. При <0 зворотний зв'язок називається негативним. Позитивний зворотний зв'язок підвищує коефіцієнт підсилення одночасно зменшується стабільність підсилювача та підвищується рівень нелінійних спотворень. Тому позитивний зворотний зв'язок у підсилювачах майже
не застосовується.
У загальному випадку сигнал на виході підсилювача:
де верхній знак береться при позитивному, а нижній при негативному зворотному зв'язку. Якщо (1) поділити на та використати введені коефіцієнти, можна отримати:
Підсилювачі низької частоти. До підсилювачів низької частоти відносяться підсилювачі звукових частот, які підсилюють електричні коливання в смузі частот, які сприймаються людським вухом ( f = 20Гц 20кГц ). Підсилювачі низьких частот призначені переважно для підсилення і перетворення первинних коливань давачів.
Каскад попереднього посилення призначений для посилення струму або напруги сигналу, створюваного джерелом сигналу, до величини, необхідної для подачі на вхід каскаду потужного посилення. В залежності від умов роботи каскади попереднього підсилення різноманітні по використанню в них типів підсилюючих елементів, способів їх включення, схем каскадів і пр. Для зменшення числа каскадів попереднього підсилення в них використовують підсилювальні елементи з високим коефіцієнтом посилення (транзистори з великим коефіцієнтом передачі струму h 21е). Спосіб їхнього включення, режим роботи, положення точки спокою на характеристиках підсилювального елемента, електричні дані схеми межкаскадной зв'язку вибирають таким чином, щоб отримати від каскаду найбільше посилення при допустимих частотних або перехідних спотвореннях і можливо менше споживання потужності від джерел живлення. Специфічною особливістю каскаду попереднього підсилення є неповне використання характеристик підсилювального елемента через малої амплітуди вхідного сигналу, внаслідок чого параметри підсилювального елемента за період сигналу змінюються незначно. Ось чому коефіцієнти підсилення, струму і напруги таких каскадів зазвичай визначаються аналітично, без побудови динамічних характеристик змінного струму, використовуючи малосигнальні параметри підсилювальних елементів, знайдені для точки спокою (або взяті з довідника, якщо використовується зазначений у довіднику типовий режим). У каскадах попереднього посилення для зменшення нелінійних спотворень і підвищення стабільності показників підсилювача майже завжди використовують режим А; з енергетичної точки зору це не викликає труднощів, так як споживання потужності харчування каскадами попереднього посилення невелике. Через малої амплітуди сигналу і роботи в режимі А що вносяться каскадами попереднього посилення нелінійні спотворення незначні, і розрахунок коефіцієнта гармонік таких каскадів зазвичай не виробляють. Якщо напруга сигналу на вході каскаду попереднього підсилення велике (і перевищує кілька десятих вольта), то розрахунок коефіцієнта гармонік k r проводять так само, як для каскаду потужного посилення. Транзистори в каскадах попереднього посилення зазвичай включають з загальним емітером (витоком); включення транзистора із загальним колектором (стоком) використовується лише в особливих випадках для вхідних або вихідних каскадів підсилювача, коли ці каскади повинні мати спеціальні властивості. Включення транзистора із загальною базою (затвором) доцільно лише для вхідних каскадів, що працюють від джерела сигналу з дуже низьким внутрішнім опором (близько вхідного опору транзистора при такому включенні); в цьому випадку наскрізний коефіцієнт посилення каскаду може виявитися не нижче, ніж при включенні з загальним емітером (витоком), а багато показників каскаду покращаться. Напруга джерела живлення кінцевого (вихідного) каскаду підсилювача зазвичай виявляється цілком достатнім і для харчування всіх каскадів попереднього посилення з урахуванням включення в ланцюг живлення розв'язують і згладжуючих фільтрів. Для скорочення витрати енергії харчування в каскадах попереднього посилення застосовують малопотужні підсилювальні елементи. У транзисторних каскадах попереднього посилення як звукової частоти, так і широкосмугових немає необхідності будувати навантажувальні прямі постійного струму для вибору точки спокою; струм спокою вихідний ланцюга транзисторів вибирають можливо малий, лише забезпечує необхідну для подачі на наступний каскад амплітуду струму сигналу та задовільні підсилювальні властивості використовуваного транзистора .