4.5. Обратные связи в усилителях

Обратной связью в усилителях называют подачу части или всего выходного сигнала не вход. Она бывает программируемой и паразитной, если возникает непроизвольно. ОС положительна, если вызывает увеличение выходного напряжения, если же происходит снижение выходного напряжения в результате действия обратной связи, то она отрицательная.

При отрицательной связи u₁ = u_вх – u_oc , считая, что К₀ = u_вых/u₁ коэффициент усиления без ОС, а β = u_oc/u_вых , то подставляя сюда значение u₁ , получим общий коэффтциент усиления

,

То есть общий коэффициент усиления сеижается в (1 + βК₀) раз.

Аналогично можно показать что при положительной обратной связи общий коэффициент усиления возрастает и происходит усиление

.

Положительная обратная связь используется только при усилении очень слабых сигналов и в автогенераторах.

Отрицательная ОС часто используется, так как повышает стабильность коэффициента усиления при изменении параметров транзистора, снижает уровень нелинейных искажений, повышает входное и снижает выходное сопротивления.

Паразитные связи возникают независимо: 1) через цепи питания, 2) паразитные емкости входа; 3) магнитные связи между трансформаторами, стоящими близко друг к другу.

4.6. Операционные усилители

Операционным усилителем называют усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления (порядка 1000 000), предназначенный для выполнения операций над аналоговыми величинами, при работе с отрицательной обратной связью.

Как правили, операционный усилитель состоит из двух каскадов дифференциальных усилителей (рис. 47), что позволяет иметь ему два входа инвертирующий и не инвертирующий, то есть обычный вход, когда подведенное положительное напряжения, дает отрицательное напряжение на выходе, и второй вход, где подведенное положительное напряжение, дает положительное напряжение на выходе.

R₂ R₂ C₂

i₂

i₁ i_вх

R₁ C₁ R₁

u_вх u₁ u_вых u_вх u_вых u_вх u_вых

Рис. 50 Рис. 51 Рис. 52

Обычно используют для обратной связи инвертирующий вход, тогда любая обратная связь будет отрицательной, и усилитель будет работать устойчиво.

Рассмотрим схему рис. 50. Считая что u_вых = – Кu₁ , а для узла можно записать, что i₁ – i₂ – i_вх = 0 . Так как у ОУ очень большое входное сопротивление, то i_вх = 0, поэтому

отсюда

Учитывая, что коэффициент усиления «К» очень большой получаем К = R₂ /R₁ и этот коэффициент усиления всегда одинаков вплоть до частот, оговоренных в технической характеристике ОУ. Кроме того его можно менять, изменяя номиналы резисторов, поэтому он называется масштабирующий усилитель.

Из него можно получить интегрирующий (рис.52) и дифференцирующий (рис. 51) каскады. Таковыми они будут для определенных сигналов, длительность которых подбирается в соответствии с постоянной времени τ = RC. Для дифференцирующего усилителя необходимо чтобы τ < длительности сигнала, а для интегрирующего усилителя ноебходимо, что бы τ > длительности сигнала.