8.4 Зворотний зв`язок та його використання

8.4.1 Визначення та класифікація

Крім каналу прямого проходження сигналу (основне коло) підсилювальний каскад може мати кола, по яких частина енергії корисного сигналу передається з виходу каскаду на його вхід або на вхід одного з попередніх каскадів у випадку багатокаскадного підсилювача.

П ри цьому в підсилювачі діє зворотний зв'язок (ЗЗ). Кола, по яких подається сигнал зворотного зв'язку, називають колами зворотного зв'язку. Замкнутий контур, утворений під’єднанням до підсилювача кола зворотного зв'язку, називають петлею зворотного зв'язку. Розрізняють однопетльові (рис.8.7, а) та багатопетльові (рис.8.7, б) зворотні зв'язки. В останній схемі можна виділити загальну петлю зворотного зв'язку , яка включає в себе весь підсилювач з коефіцієнтом підсилення , і місцеву петлю зворотного зв'язку , яка охоплює окремий підсилювальний каскад.

Дія зворотного зв'язку проявляється в зміні величини вхідного си­гналу підсилювача.

Дія зворотного зв'язку проявляється в зміні величини вихідного сигналу підсилювача

Якщо — коефіцієнт підсилення без зворотного зв'язку, а — коефіцієнт підсилення із зворотним зв'язком, то напруга на виході схеми

(

Поділивши обидві частини рівняння на , одержимо:

або

звідки

– фактор зворотного зв'язку, який називається петльовим підсиленням і який задає характер зворотного зв'язку та значення коефіцієнта підсилення ; – глибина зворотного зв'язку.

За умови φ_к + φ_β = π, де φ_к і φ_β – кути фазових зсувів сигналу, які вносяться відповідно підсилювачем та колом зворотного зв'язку, , тобто коефіцієнт зворотного зв'язку - величина дійсна та від'ємна. В цьому випадку

Таким чином, якщо сигнал зворотного зв'язку надходить на вхід підсилювача в протифазі із вхідним сигналом, то коефіцієнт підсилення зменшується в (1+ β К_п ) раз. Такий зворотний зв'язок називають негативним зворотним зв'язком.

Незважаючи на зменшення підсилення, негативний зворотний зв'язок широко вико­ристовують, оскільки з його введенням значно покращується ряд параметрів підсилювача. Так, зменшення коефіцієнта підсилення супроводжується збіль­шенням стабільності підсилювача, що підвищує стійкість його роботи.

В

Рис.8.8. Типи зворотного зв`зку: а – послідовний за наругою;

б – послідовний за струмом; в – паралельний за напругою; г - паралельний за струмом;

ідносна зміна коефіцієнта підсилення підсилювача із зворотним зв'язком зменшується в (1 + βК_п) раз.

При βК_п >>1 (глибокий зворотний зв'язок) рівність набуває вигляду

Аналогічно можна показати, що при послідовному зворотному зв'язку за напругою в (1 + βК_п) раз збільшується вхідний опір підсилювача і в стільки ж разів зменшується вихідний опір. При будь–якому виді негативного зворотного зв'язку в (1 + βК_п) раз зменшуються частотні, фазові та нелінійні спотворення, а також напруги шумів.

Аналогічно можна показати, що при послідовному зворотному зв'язку за напругою в (1 + βКп) раз збільшується вхідний опір підсилювача і в стільки ж разів зменшується вихідний опір. При будь–якому виді негативного зворотного зв'язку в (1 + βКп) раз зменшуються частотні, фазові та нелінійні спотворення, а також напруги шумів.

Таким чином, вводячи негативний зворотний зв'язок і змінюючи його параметри, можна змінювати в потрібному напрямі вхідний та вихідний опори підсилювача, його частотні та фазові характеристики, тобто поліпшувати параметри підсилювача.

При φ_к + φ_β = 2πп, де п = 0,1,2, ..., коли збігаються фази напруг та , .

З рівняння одержуємо

Зворотний зв'язок, при якому коефіцієнт підсилення підсилювача збі­льшується, називають позитивним зворотним зв'язком. Якщо 1 > βК_п > 0, згідно з рівнянням , К_зв > К_п , але має скінчене значення. При βК →1 К_зв → ∞ і коливання на виході підсилювача будуть навіть при відсутності вхідного сигналу, розвиваючись від малих флюктуарних шумових сигналів. В такому випадку підсилювач самозбуджується, перетворюючись у генератор електричних коливань. Для підсилювача такий режим роботи неприпустимий.

В багатокаскадних підсилювачах через загальні кола живлення, ємності монтажу, паразитні індуктивності можуть з'являтися внутрішні зворотні зв'язки. Це призводить до погіршення характеристик підсилювача і в деяких випадках – до його самозбудження. Подібні зворотні зв'язки називають паразитними. Використання коригуючих кіл, розв'язуючих фільтрів і інших заходів дає змогу звести паразитні зворотні зв'язки до мінімуму.