23. Влияние обратной связи на нелинейные искажения, шумы и динамический диапазон усилителя

Одним из важнейших свойств отрицательной обратной связи является её способность уменьшать нелинейные искажения, возникающие в той части усилителя, которая охвачена петлёй обратной связи. Величина и количество нелинейных продуктов, возникающих на выходе усилителя, определяется величиной участка вольт-амперной характеристики активного элемента, прорабатываемого сигналом. При введении обратной связи в усилитель, работающий в квазилинейном режиме, сигнал, воздействующий на активный элемент, уменьшается в F раз. Уровень нелинейных продуктов на выходе усилителя уменьшается ещё сильнее, так как прорабатываемый участок вольт-амперной характеристики становится (уменьшившись в F раз) практически линейным. Падение уровня сигнала в нагрузке, вызванное введением обратной связи, приходится компенсировать за счёт увеличения в F раз коэффициента усиления предыдущих каскадов. В результате уровень сигнала на входе и выходе усилителя, охваченного обратной связью, а также участок вольт-амперной характеристики усилительного элемента, прорабатываемый сигналом, становятся такими же, как и до введения обратной связи. Появившиеся при этом на выходе усилителя нелинейные продукты, обусловленные прежним участком вольт-амперной характеристики, попадают в цепь отрицательной обратной связи и компенсируются, возвращаясь на выход по петле ОС, но уже с фазами, противоположными их начальным значениям. Таким образом, уровень нелинейных продуктов на выходе усилителя уменьшается. Для усилителя, работающего в квазилинейном режиме, это уменьшение оказывается примерно равным глубине обратной связи F.

Следует отметить, что аналогичные рассуждения могут быть проведены и в отношении шумов и помех, возникающих в усилителе, охваченном обратной связью. Отрицательная обратная связь уменьшает каждую из составляющих (нелинейные продукты, шумы, помехи), вносимых в спектр сигнала усилителем, входящим в петлю обратной связи. Однако к уменьшению шумов за счёт введения отрицательной обратной связи следует относиться весьма осторожно. Это связано с тем, что эффективность влияния ОС на уровень собственных шумов усилителя зависит не только от вида ОС и способа её ввода, но и от величин элементов в цепи ОС и конфигурации самой цепи.

Следует отметить также, что обратная связь не влияет на такой параметр усилителя, как отношение сигнал/шум. Если источник сигнала имеет ограниченную мощность (например, приёмная антенна), то введение отрицательной обратной связи ведет к уменьшению и сигнала и помехи, так как ОС действует на них одинаково, снижая их в F раз.

Влияние отрицательной обратной связи на динамический диапазон усилителя определяется её влиянием на нелинейные искажения и шумы. Уменьшение нелинейных искажений ведет к тому, что максимальное входное напряжение может быть увеличено при сохранении прежнего уровня нелинейных искажений. Уровень собственных шумов усилителя с ООС в общем случае также снижается. Это позволяет считать, что при введении отрицательной ОС динамический диапазон усилителя расширяется за счёт увеличения максимального уровня сигнала при допустимых нелинейных искажениях и за счёт уменьшения минимального уровня сигнала в связи с уменьшением собственных шумов.