Обратная связь в усилителях.

Обратной связью (ОС) в усилителях называют передачу части энергии с выхода на вход.

ОС может быть искусственной, созданной для улучшения каких- либо характеристик усилителя, а может быть и паразитной, возникающей за счет влияния выходных цепей усилителя на его входные цепи.

В зависимости от фазы напряжения ОС различают положительную и отрицательную ОС. Если сигнал ОС по фазе совпадает с сигналом на входе- связь положительная, если сдвинута на 180⁰- отрицательная. При этом предполагается, что ни усилитель, ни цепь ОС не включают добавочных фазовых сдвигов. В усилителях применяется, почти исключительно ООС, которая позволяет уменьшить искажения всех видов, повысить стабильность коэффициента усиления, уменьшить помехи, возникающих за счет воздействия посторонних магнитных и электрических полей, пульсаций источников питания т т.д.

Основным недостатком ООС является снижение коэффициента усиления и возможность появления паразитной генерации при неправильном выборе фазы и величины ООС.

Способы подачи ОС.

Коэффициент  показывает какую часть выходного напряжения Uвых составляет напряжение ОС Uос, передаваемое на вход усилителя. Обычно <1.

Схемы ОС бывают последовательными, когда напряжение ОС подается на вход усилителя последовательно с входным сигналом (см.рис.а) и параллельными, когда напряжение ОС подается на вход усилителя, параллельно входному сигналу (см.рис.б).

В зависимости от способа подключения звена ОС к выходу усилителя, различают ОС по напряжению и по току.

В схемах усилителей с ОС по напряжению, напряжение ОС Uос передаваемое на вход усилителя с его выхода, пропорционально выходному напряжению Uвых (см.рис.в), а в схемах с ОС по току- пропорционально току нагрузки Iнагр на выходе устройства (см.рис.г).

Если напряжение ОС состоит из двух составляющих, одна из которых пропорциональна току, а вторая- напряжению, то получим смешанную связь.

Рассмотрим влияние ОС на коэффициент усиления усилителя. Т.к. ОС или положительная или отрицательная, то напряжение ОС в общем случае можно записать так: Uос=+Uвых, где знак "+" для ПОС, а "-" для ООС. Тогда напряжение , приложенное к входной цепи Uвх’=Uвх+(+Uос)=Uвх+(+Uвх). Откуда выражение для напряжения входного сигнала:

Uвх=Uвх’-(+Uвых).

Коэффициент усиления усилителя, охваченного цепью ОС, представляет собой отношение выходного напряжения Uвых к входному, тогда

.

Разделим числитель и знаменатель на Uвх’:

.

Произведение +К- есть фактор ОС, знак его не совпадает со знаком ОС. При положительной ОС Кос=К/(1-К), то есть знаменатель дроби уменьшается, а при отрицательной ОС Кос=К/(1+К), т.е. коэффициент усилителя уменьшается в (1+К) раз. Но ООС повышает стабильность работы усилителя в (1+К) раз.

Причинами нестабильности работы усилителя являются:

• изменение температуры,

• нестабильность напряжений источников питания,

• старение деталей и усилительных элементов и т.п.

Применение стабилизаторов напряжений и температуры экономически невыгодно и результаты при этом менее эффективны, чем при использовании ОС.

ОС, изменяя коэффициент усиления усилителя, изменяет и его частотную, фазовую и переходные характеристики.

Следует иметь в виду, что один и тот же усилитель на одних частотах может иметь ООС, а на других за счет изменения модуля и фазы К связь может стать положительной, что может вызвать в усилителе генерацию.

Если цепь ОС в рассматриваемой полосе частот не вносит частотных искажений и фазовых сдвигов, то такую ОС называют частотно независимой, в противном случае ОС является частотно зависимой. Частотно зависимая ООС позволяет спрямить частотную характеристику усилителя. Если на какой- либо частоте коэффициент усиления К уменьшается, то одновременно уменьшается и напряжение ОС, подаваемое в противофазе с напряжением сигнала на входе. Это влечет за собой увеличение суммарного напряжения на входе, в следствии чего напряжение на выходе усилителя уменьшается в меньшей степени. При наличии подъема в частотной характеристике наблюдается обратная картина.

За счет изменения знак ОС на крайних частотах частотная характеристика может иметь подъем даже в том случае, когда усилитель до введения ОС имел характеристики с провалом на этих частотах.

Схемы усилителей с ОС.

Приведена схема транзисторного каскада с последовательной ОС по напряжению, снимаемому со специальной обмотки ОС.

Коэффициент передачи цепи ОС определяется соотношением =_/.

Схемы с ООС предназначенные для температурной стабилизации рабочей точки уже рассматривались.