Глава 5. Обратная связь в усилителях

вается по абсолютному значению; при ООС пo току выходное со-

противление с увеличением K CKB возрастает.

§7. Устойчивость работы, стабильность параметров и

характеристик усилителя

Во избежание потери устойчивости и превращения усилите-

ля с ОС в автогенератор необходимо удовлетворить некоторым

требованиям к амплитуде и фазе колебаний при прохождении пос-

ледних по петле ОС. Из теории колебаний известно, что самовоз-

буждение в электрической системе с ОС наступает при двух ус-

ловиях: в замкнутой цепи (петле ОС) коэффициент передачи (уси-

ления) должен быть равен единице ( β K CKB = 1 ), а сумма всех фа-

зовых сдвигов dϕ , которые получает колебание при одноразовом

обходе петли ОС, должна быть равна 2kπ (где k = 1,2, ! , π – на-

туральный ряд чисел), т.е. 0°, 360°, 720° и т.д. Частота, на которой

последнее условие выполняется, и есть частота возникающих ко-

лебаний. Если не выполняется хотя бы одно из условий (баланса

амплитуд или баланса фаз), то самовозбуждение не наступает, и

система способна усиливать сигналы.

Рассматривая уравнения (5.3) и (5.4), можно прийти к следу-

ющим выводам. Частотно-независимая ООС, в принципе, не вы-

зывает генерирования колебаний, так как для нее не выполняется

условие фазового баланса. Генерирование может возникнуть в

определенных выше условиях только при ПОС, и опасность его

возникновения в усилителе тем больше, чем ближе значение пет-

левого усиления β K CKB к единице.

Как уже было отмечено при рассмотрении влияния ОС на АЧХ

и ФЧХ, зависимость коэффициента передачи (усиления) и фазового

сдвига от частоты обусловлена реактивными элементами, присут-

ствующими в цепях межкаскадной связи и УУ. Кроме того, фазо-

вый сдвиг зависит от типовой схемы включения УУ (инвертирую-

щий или не инвертирующий каскад). В наиболее распространенных

резистивных широкополосных усилителях на достаточно низких

– 75 –

Л.В. Кропочева. «Усилительные устройства»

частотах (значительно ниже f H ) каждой цепью, состоящей из раз-

делительного конденсатора и резистора межкаскадной связи, вно-

сится сдвиг по фазе, в пределе равный 90°, а на высоких частотах

(значительно выше f B ) каждый каскад вносит сдвиг по фазе, в

пределе равный – 90° и определяемый входной емкостью каскада

и выходным сопротивлением нагрузки предыдущего каскада. Сле-

довательно, суммарный сдвиг фазы не превышает 270°. Поэтому

однокаскадный резистивный УНЧ работает стабильно и практи-

чески не возбуждается при любой глубине ОС.

Двухкаскадные резистивные усилители включают по край-

ней мере две разделительные цепи связи, вызывающие на низких

частотах предельный сдвиг фазы 180°, а также две цепи, дей-

ствующие подобным образом и на высоких частотах. Это (с уче-

том сдвига фаз, который может внести типовая схема включения

УУ) принципиально может привести к трансформации в некото-

рой области как низких, так и высоких частот одного вида ОС в

другой, например, отрицательной в положительную.

Если усилитель состоит из нескольких (двух и более) каска-

дов, то обычно стремятся охватить ОС весь усилитель. При этом

существенно усложняется выполнение условий устойчивости уси-

лителя из-за возрастания суммарного фазового сдвига в петле

ОС, особенно при использовании трансформаторов, обладающих

индуктивностью рассеяния. Известно, что трансформатор в за-

висимости от согласованного или встречного включения его об-

моток может внести сдвиг фаз, соответственно равный 0° или

180°. Индуктивность рассеяния трансформатора, особенно при ем-

костной нагрузке на его выходе, приводит к такому дополнитель-

ному сдвигу фаз в области высоких и превышающих их во много

раз частотах, что при введении ОС на этих частотах могут со-

здаться условия генерирования колебаний даже в двухкаскадном

УНЧ.

Таким образом, чем большее число каскадов охватывается

ООС, тем больше вероятность получения дополнительного фазо-

вого сдвига 180° на частотах, близких к границам полосы пропус-

кания, и, следовательно, больше опасность самовозбуждения. Это

– 76 –