1.3. Обратная связь в усилителях

Обратной связью (ОС) называют передачу усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную цепь.

На рис.1.3 показана структурная схема усилителя с обратной связью. Цепь обратной связи характеризуется коэффициентом передачи, или коэффициентом обратной связи , показывающим, какая часть выходного сигнала передается на вход усилителя. На практике < 1. Обратная связь может быть внутренней ( она проявляется в усилителе из-за физических свойств усилительных элементов), паразитной ( из-за образования паразитных емкостных и индуктивных связей между выходной и входной цепями) и искусственной (ее создают специально). Внутренняя и паразитная ОС являются нежелательными, и их пытаются устранить. Искусственную ОС применяют с целью уменьшения нелинейных искажений и стабилизация положения рабочей точки режима работы усилителя (точки покоя). Для этого с помощью обратной связи на вход подают напряжение точно в противофазе с ЭДС источника сигнала. Такую ОС называют отрицательной.

Рис.1.3. Структурная схема усилителя с обратной связью

Если напряжение обратной связи подать точно совпадающим по фазе с ЭДС источника сигнала, то сигнал на входе увеличится. Такую ОС называют положительной. Ее используют, например, в автогенераторах для поддержания автоколебаний.

В зависимости от того, каким образом цепь ОС присоеденена к выходу и входу усилителя, различают следующие виды ОС: обратную связь по напряжению – цепь ОС соединяют с выходом схемы параллельно нагрузке так, что напряжение ОС пропорционально напряжению нагрузки усилителя (рис. 1.4 а); обратную связь по току – цепь ОС соединяют с выходом схемы последовательно с нагрузкой так, что напряжение ОС пропорционально току в нагрузке (рис. 1.4 б); обратную связь последовательную – цепь ОС подключают со стороны входа, где она соединена последовательно с источником сигнала (рис. 1.4 в); обратную связь параллельную – цепь ОС со стороны входа соединена параллельно с источником сигнала (рис. 1.4 г). Существуют также комбинированные (смешанные) обратные связи: ОС одновременно по току и напряжению, а также ОС, одновременно выполненная последовательной и параллельной.

Рис. 1.4. Обратные связи

а – по напряжению; б – по току; в – последовательная; г - параллельная

1.4. Усилители мощности

С помощью усилителя мощности на заданной нагрузке обеспечиваются нужные выходные напряжение и ток, т. е. требуемая мощность. Нагрузкой служат устройства, производящие определенную работу, например громкоговорители, ультразвуковые преобразователи, приводные механизмы, радиопередающие узлы.

Простейший усилитель мощности — так называемый эмиттерный повторитель (рис. 1.5). Резистор Rэ включен в цепь эмиттера биполярного транзистора VT. Состояние покоя задается делителем напряжения — резисторами R1 и R2. При подаче входного напряжения uвх возникают переменные составляющие напряжения база–эмиттер uБЭ, тока эмиттера iЭ и напряжения эмиттера uЭ. Поскольку напряжение uБЭ мало, то переменное напряжение эмиттера uЭ.пер повторяет входное напряжение uвх, поэтому

uЭ.пер ≈ uвх. Переменное напряжение эмиттера передается на нагрузку Rн, и uвых ≈ uЭ. пер. Коэффициент усиления по напряжению близок к единице. Переменная составляющая тока эмиттера iЭ.пер распределяется в параллельно соединенных резисторах RЭ и Rн. Коэффициенты усиления каскада по току и мощности зависят от их сопротивления. Входное сопротивление каскада большое. Управляющее напряжение

uБЭ. пер = uвх – uЭ. пер = uвх – uвых.

Это означает, что в каскаде действует отрицательная обратная связь: на входную цепь база–эмиттер подается выходное напряжение с обратным знаком относительно входного.

В отсутствие входного напряжения эмиттерный повторитель потребляет энергию, и КПД каскада не превышает 0,25. Сопротивление нагрузки может быть небольшим, тем не менее выходная мощность невелика.

При большей мощности применяют трансформаторные или бестрансформаторные двухтактные усилители, в которых в состоянии покоя усилительные приборы закрыты и энергия усилителем не потребляется. При этом положительные и отрицательные части входного сигнала усиливаются данными приборами по отдельности. Использование трансформатора приводит к увеличению размеров и массы усилителя, ухудшает его частотные свойства.

Рис. 1.5. Схема эмиттерного повторителя