19. Влияние обратной связи на коэффициент сквозного усиления

Глубина обратной связи и коэффициент петлевого усиления в общем случае являются комплексными величинами. Коэффициент петлевого усиления характеризуется фазовым сдвигом, равным сумме фазовых сдвигов, вносимых усилителем и цепью обратной связи:

Величина ϕ_F зависит от частоты и существенно влияет на характер обратной связи. Наибольший интерес вызывают значения фазового сдвига по петле обратной связи, равные 0 и 180^o.

При ϕ_F = 0⁰ сигнал, прошедший по цепи обратной связи, возвращается на вход усилителя в той же фазе, что и сигнал, поступающий от генератора. В этом случае обратная связь называется положительной. Обычно, когда говорят о знаке обратной связи (положительная, отрицательная), то имеют в виду область средних частот, где ни β, ни КЕ от частоты не зависят.

Для положительной обратной связи имеем

Из (2.31) следует, что нормальная работа усилителя с положительной обратной связью возможна только при β_КЕ<1. Если β_KE стремится к единице, то K_EF увеличивается до бесконечности и усилитель самовозбуждается, т.е. максимально загружается собственными колебаниями с частотой, на которой наиболее легко выполняется условие К_П = 1 (напряжение с такой частотой всегда присутствует среди собственных шумов усилителя). Полезный сигнал, подлежащий усилению, усиливается гораздо слабее и на выходе возбудившегося усилителя практически отсутствует. Таким образом, для усилителя с положительной обратной связью всегда присущи следующие соотношения:

β_KE < 1 , 0 < F < 1 , K_EF > K_E . (2.32)

При отрицательной обратной связи ϕ_F =180^о . Отсюда

Коэффициент петлевого усиления при отрицательной обратной связи может принимать любые значения. Следовательно, для отрицательной обратной связи характерны следующие соотношения:

F > 1, K_EF < K_E.

При промежуточных значениях ϕ_F ≠ 0 и ϕ_F ≠ 180^o обратная связь будет комплексной. Характер ее влияния на параметры усилителя будет определяться величиной угла ϕ_F . При этом для фазового сдвига ϕ_F> ±90⁰ обратная связь приближается к отрицательной ОС, а для ϕ_F< ±90^o - к положительной. На рис. 2.8, а - г представлены векторные диаграммы напряжений на входе усилителя с ОС: а - для положительной, б – для отрицательной; в, г – для комплексной обратных связей. На рис. 2.8 через U_1F обозначено напряжение, поступившее на вход усилителя от источника сигнала, U_ОС - напряжение, вернувшееся по цепи обратной связи, U₁ - суммарное напряжение на входе усилителя, охваченного обратной связью.

Очевидно, что коэффициент усиления для всех четырех случаев будет

меняться пропорционально изменению суммарного напряжения U₁.

20. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя

Влияние обратной связи на входное сопротивление усилителя определяется знаком обратной связи, ее глубиной и способом ввода. Способ съема обратной связи не влияет на величину входного сопротивления.

Рассмотрим параллельную обратную связь по входу. При отрицательной обратной связи подключение четырехполюсника ОС к входу усилителя приводит к дополнительному отбору тока из источника сигнала Е₁. Увеличение тока, потребляемого от источника сигнала, свидетельствует об уменьшении входного сопротивления каскада. При положительной обратной связи часть тока будет возвращаться цепью обратной связи на вход усилителя, уменьшая потребление тока от источника сигнала, что приведет к увеличению входного сопротивления.

Таким образом, параллельная по входу отрицательная обратная связь уменьшает входное сопротивление (F_ХХ1>1) усилителя с ОС, а положительная – увеличивает (F_ХХ1<1).

Последовательная обратная связь по входу. Если предположить, что усилитель с ОС управляется от генератора ЭДС, то напряжение на входе системы с ОС окажется таким же, каким оно было до введения обратной связи. Следовательно, при отрицательной ОС напряжение на входе четырехполюсника усилителя уменьшается, значит, уменьшается и входной ток. Уменьшение входного тока при сохранении прежнего напряжения на входе всей системы свидетельствует об увеличении общего входного сопротивления.

Последовательная отрицательная обратная связь (F_КЗ1>1) увеличивает входное сопротивление усилителя с ОС, а последовательная положительная ОС (F_КЗ1<1) - уменьшает.

Следует обратить внимание на то обстоятельство, что входное сопротивление усилителя без ОС определяется только параметрами самого усилителя (Y₁₁, Z₁₁) и не зависит от сопротивления нагрузки (Y₂, Z₂). Зависимость входного сопротивления усилителя от сопротивления нагрузки возможна только при введении обратной связи и является характерным признаком последней.

Выходное сопротивление любого устройства определяется отношением напряжения холостого хода (ХХ) к току короткого замыкания (КЗ).

В усилителе с ОС по напряжению ток короткого замыкания не зависит от наличия или отсутствия обратной связи, так как ОС по напряжению не действует в режиме КЗ. Однако введение отрицательной ОС по напряжению приводит к уменьшению выходного напряжения, в том числе и напряжения ХХ. Снижение напряжения холостого хода при сохранении тока короткого замыкания свидетельствует об уменьшении выходного сопротивления усилителя при охвате его отрицательной обратной связью по напряжению.

В усилителе с ОС по току напряжение холостого хода не зависит от на ичия или отсутствия обратной связи, так как ОС по току не действует в режиме ХХ. Следовательно, введение отрицательной обратной связи по току приведет к увеличению выходного сопротивления усилителя, так как вызовет уменьшение тока КЗ и не окажет никакого влияния на напряжение ХХ.

Таким образом, введение отрицательной обратной связи (F>1) по напряжению увеличивает выходную проводимость (уменьшает выходное сопротивление) усилителя. Степень изменения выходной проводимости (сопротивления) определяется глубиной обратной связи.

Введение отрицательной обратной связи (F > 1) по току приводит к увеличению выходного сопротивления усилителя. Степень изменения выходного сопротивления снова определяется глубиной обратной связи.