2.2. Коэффициент усиления различных видов обратной связи

Рассмотрим все четыре основных вида обратной связи и оценим влияние ОС на коэффициент усиления усилителя. Усилитель без ОС и цепь ОС представляем в виде четырехполюсников, соединенных друг с другом в соответствии с рассматриваемым видом обратной связи. Усилитель без учета ОС будем характеризовать коэффициентом усиления по напряжению или коэффициентом усиления по току . Усилитель с учетом подключенной к нему ОС имеет коэффициенты усиления , ; _с – коэффициент передачи цепи обратной связи.

Последовательная ОС по напряжению показана на рис.3.

Напряжение цепи ОС U_ связано с выходным напряжением U₂ выражением U_= β_сU₂. Напряжение U₂ связано с напряжение U₃ на входе блока К соотношением U₂ = KU₃ = K(U₁ + U_)= K(U₁ + β_сU₂). Раскрываем скобки и, произведя перегруппировку, получаем KU₁ = U₂ (1 - β_сK). Обозначив через К_ коэффициент усиления усилителя с подключенной цепью ОС, получаем

. (2)

В зависимости от β_с обратная связь может быть положительной или отрицательной. Для вещественной положительной ОС для расчета коэффициента усиления применяется выражение (2) (со знаком « – » в знаменателе). Если вещественная ОС отрицательная и блок ОС подает сигнал U_ на вход усилителя в противофазе со входным напряжением U₁, знак в знаменателе (2) меняется на «+». Таким образом, из выражения (2) видно, что при отрицательной ОС, коэффициент усиления К_ уменьшается, а при положительной, наоборот, увеличивается.

Последовательная ОС по току показана на рис.4.

В данной схеме сигнал обратной связи снимается с сопротивления R и пропорционален току , протекающему через нагрузку R_н. Напряжение U_ определяется как

. (3)

Очевидно, что выходное напряжение U₂ , с учетом (3), может быть определено следующим образом:

. (4)

Раскрываем скобки и выражаем коэффициент усиления К_:

. (5)

В данном случае полезный сигнал распределяется между сопротивлениями R и R_н, причем на R_н выделяется полезный сигнал, а на R сигнал, пропорциональный выходному току, дающий напряжение для цепи обратной связи.

Параллельная обратная связь по напряжению показана на рис. 5. В этой схеме будем выяснять влияние цепи обратной связи на коэффициент усилении по току, поскольку на входе УУ происходит суммирование входного тока I₁ и тока I_ с выхода цепи обратной и связи.

Выходное напряжение можно найти как U₂ = I₂ R_H. Выходной ток связан с токами на входе усилителя выражением I₂ = (I₁ + I_)K_I. С учетом последнего уравнения и допущения равенства нулю проводимости цепи обратной связи, можно записать

. (6)

В выражении (6) в скобках раскрыты токи I₁ и I_. После математических преобразований получаем выражение для коэффициента усиления по току усилителя с ОС:

. (7)

П араллельная ОС по току показана на рис 6.

Как и в предыдущем случае, удобно рассматривать влияние цепи ОС на коэффициент усиления по току K_I. Напряжение ОС, снимаемое с некоторого добавочного сопротивления R, равно , оно пропорционально выходному току I₂ = U₂/(R+R_Н). С учетом того, что I₂ = (I₁+I_)K_I и допущения равенства нулю проводимости цепи обратной связи, по аналогии с (6) можно записать

. (8)

После математических преобразований получаем

. (9)

Таким образом, коэффициенты усиления усилителя с учетом действия различных видов ОС определяются выражениями (2), (5), (7) и (9). Следует помнить, что для отрицательной ОС необходимо изменить знак в знаменателе этих выражений с «– »на «+».