17. Обратная связь в усилительных каскадах. Положительная обратная связь.

Обратной связью называют такое взаимодействие напряжений или токов в цепях электронной схемы, при котором часть энергии из выходной цепи передается во входную цепь. Структурная схема электронного устройства с обратной связью включает основной четырехполюсник �усилителя и пассивную цепь �обратной связи (ОС), соединяющую выход усилителя с его входом (рис. 1.3.1). Цепь ОС вместе с усилителем, к которому она подключена, образует замкнутый контур, называемый петлей обратной связи. Связь может быть однопетлевой или многопетлевой. В электронных устройствах различают внутреннюю, внешнюю и паразитную обратные связи. Внутренняя ОС имеется во всех активных электронных приборах и зависит от их физических свойств. Внешняя ОС предполагает наличие специальных цепей. Паразитная ОС обусловлена паразитными емкостями, индуктивными и другими связями, создающими каналы передачи энергии сигнала с выхода на вход. Все виды ОС могут сильно влиять на характеристики электронного устройства, причем часто нежелательным образом. Обычно в реальных схемах невозможно управлять внутренними или паразитными обратными связями, поэтому их стремятся уменьшить. Внешняя ОС специально вводится в схему для улучшения отдельных характеристик усилителя.

Воздействие Ос может привести либо к увеличению, либо к уменьшению сигнала на входе усилителя. В первом случае обратную связь называют положительной (ПОС), во втором — отрицательной (ООС).

С физической точки зрения введение ОС означает, что к напряжению , которое создается на выходе усилителя в отсутствие ОС, добавляется напряжение, появившееся в результате усиления сигнала, поступающего на вход усилителя со стороны цепи ОС. При этом положительная ОС увеличивает внешнее воздействие, вследствие чего любой малый входной сигнал усилителя теоретически должен вызвать появление выходного сигнала, значение которого стремится к бесконечности. В реальном усилителе такое усиление, естественно, не возможно из-за ограничений по напряжению питания, наступающих при определенном уровне входного сигнала. С уменьшением входного напряжения ПОС снижает выходное напряжение схемы до нуля. В результате в усилителе появляются незатухающие автоколебания выходного напряжения, что называют возбуждением усилителя. Применение отрицательной ОС, наоборот, уменьшает входной сигнал, что эквивалентно снижению коэффициента усиления прямой цепи системы. Но при этом достигается улучшение ряда характеристик усилителя. Например, возрастает стабильность его коэффициента усиления, выравнивается частотная характеристика, расширяется полоса пропускания, уменьшаются искажения, изменяются входное и выходное сопротивления усилителя. Поэтому ООС нашла широкое применение в усилительных устройствах.

18. Операционные усилители. Принцип виртуального замыкания.

Операционным усилителем принято называть усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и однотактным выходом, характерный высоким коэффициентом усиления, а также большим входным и малым выходным сопротивлениями. Он почти всегда используется с внешней глубокой отрицательной обратной связью, определяющей его результирующие характеристики.

Операционные усилители выпускаются в виде полупроводниковых интегральных микросхем и применяются не только для выполнения математических операций, благодаря чему они получили свое название. Все чаще они используются в радиоэлектронных устройствах различного назначения. Этому способствует их низкая стоимость, близкая к стоимости отдельных транзисторов.

Идеальный операционный усилитель. При анализе схем устройств, в которые входит операционный усилитель , можно получить значительное упрощения, если использовать представление об идеальном операционном усилителе. Идеальным называется операционный усилитель с входным сопротивлением для разностного сигнала Rex= , внутренним коэффициентом усиления по напряжению Кв= и выходным сопротивлением . Кроме того, предполагается, что коэффициент ослабления синфазного сигнала равен бесконечности. В реальных операционных усилителях стремятся максимально повысить входное сопротивление. Например, входными каскадами операционного усилителя часто являются эмиттерные или истоковые повторители, поэтому ответвлением тока во входное сопротивление усилителя можно пренебречь, если сопротивления, подключаемые параллельно входу усилителя, на несколько порядков меньше входного сопротивления.

Анализ схем включения операционного усилителя упрощается также и потому, что идеальный усилитель за счет бесконечно большого внутреннего коэффициента усиления и выходного сопротивления, равного нулю, развивает конечное напряжение на любой выходной нагрузке, отличной от нуля, при входном напряжении, равном нулю. Это дает возможность при анализе схем полагать напряжение между зажимами (+) и () равным нулю. Также равным нулю считают ток, ответвляющийся в бесконечно большое входное сопротивление.

Принцип виртуального замыкания. Изложенное выше соответствует принципу виртуального замыкания входных зажимов операционного усилителя (рис. 15.33). При виртуальном замыкании, как и при обычном, напряжение между замкнутыми зажимами равно нулю. Однако, в отличие от обычного замыкания, ток между виртуально замкнутыми зажимами не течет, т. е. в виртуальное замыкание ток не ответвляется. Иначе говоря, для тока виртуальное замыкание эквивалентно разрыву цепи.

Рис.15.33. Иллюстрация принципа виртуального  замыкания

Инвертирующая схема. На рис. 15.34а показана инвертирующая схема включения операционного усилителя.