170Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

11.5.6. Режим работы класса D

Каскад в классе «D» имеет активные компоненты, работающие в ключевом режиме, а требуемое изменение огибающей напряжения выходного сигнала происходят благодаря соответствующему быстрому регулированию коэффициента заполнения широтномодулированных импульсов, которые пропорциональны амплитуде аналогового сигнала, подаваемого на вход устройства. Так как ключевые транзисторы лишь короткий интервал времени пребывают в линейном режиме, а в основном – в режимах отсечки и насыщения, то КПД каскада в классе «D» может быть очень высоким и достигать 85% … 90% при усилении музыкального сигнала. Именно высокую энергетическую экономичность относят к важнейшему достоинству усилителей класса «D», что позволяет их рекомендовать для применения в ноутбуках, сотовых телефонах и других устройствах. В ключевом режиме основной причиной уменьшения КПД выступают потери в динамическом режиме, т.е. при переключении активных компонентов. Меньший вклад в снижение КПД вносят потери в статическом режиме.

11.6. Сведения об обратных связях и о влиянии, которое они оказывают на работу усилителей

11.6.1.Основная информация об обратных связях

Вэлектронике обратной называют связь, под действием которой на вход устройства попадает некоторая часть энергии с его выхода. Цепью обратной связи называют путь, по которому сигнал с выхода поступает обратно на вход.

По формированию обратные связи подразделяют на три вида: паразитные, внутренние и искусственные. Паразитные обратные

171Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

связи не выполняют каких-либо функций, предусмотренных разработчиками для обеспечения функционирования аппарата, и их образование обусловлено наличием вредных индуктивных, ѐмкостных и прочих взаимосвязей компонентов и соединений. Паразитные обратные связи возникают всегда, однако некоторые обратные связи оказывают большее воздействие, а другие – меньшее. Для нормальной работы устройства, паразитные обратные связи, влияющие наиболее пагубно, необходимо если не ликвидировать, то хотя бы минимизировать. Внутренняя обратная связь возникает из-за определѐнных физических свойств компонентов электронной техники. Искусственную обратную связь создают сознательно с целью оказания требуемого воздействия на свойства каскада. Обратные связи существенно влияют на параметры охваченных ими каскадов, а изменением глубин обратных связей можно в значительной степени регулировать режимы работы приборов. Регулировки глубин паразитных и внутренних обратных связей затруднительны. А для этой цели в основном пригодны искусственные обратные связи.

Если поступающий на вход сигнал имеет ту же фазу, что и выходной сигнал, то такую обратную связь называют положительной, а если сигнал приходит в противофазе – то отрицательной. Организация отрицательной обратной связи в усилительном каскаде снижает коэффициент гармоник в выходном сигнале, расширяет полосу пропускания, но приводит к уменьшению коэффициента усиления по мощности. Введение положительной обратной связи вызывает прямо противоположные явления. В усилителях звуковой частоты часто используют отрицательную обратную связь, а в автогенераторах всегда присутствует положительная обратная связь.

Согласно классификации, по способу подключения к выходу регулируемого устройства обратные связи могут быть по напряжению или по току. Если сигнал, подаваемый на вход системы обратной связи, прямо пропорционален напряжению на выходе регулируемого устройства, то считают, что имеют дело с обратной связью по

172Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

напряжению. А если сигнал, подаваемый на вход цепи обратной связи, прямо пропорционален выходному току регулируемого устройства, то это обратная связь по току. Если выходной сигнал с регулируемого устройства будет пропорционален как току, так и напряжению, то в таком случае имеет место смешанная обратная связь.

Для оценки влияния обратной связи на усилительные свойства соответствующего каскада оперируют коэффициентом передачи цепи обратной связи:

β = Uвых.ос / Uвх.ос,

где Uвых.ос – выходное напряжение каскада, охваченного обратной связью, В;

а Uвх.ос – входное напряжение этого каскада, В.

Обратную связь часто выполняют на пассивных компонентах, и тогда коэффициент обратной связи ниже единицы. Если уменьшение или увеличение частоты станет приводить к перемене величины коэффициента обратной связи, то такую обратную связь называют частотозависимой, а если нет – то частотонезависимой.

Выход системы обратной связи может быть подключѐн либо параллельно, либо последовательно к входу регулируемого устройства. В двух этих случаях обратная связь будет носить соответственно названия параллельной и последовательной.

11.6.2. Влияние обратных связей на коэффициенты усиления каскадов

Структурная схема усилительного каскада с последовательной цепью обратной связи по напряжению изображена на рис. 11.9.

173Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Рис. 11.9. Каскад с последовательной обратной связью Далее осуществим простейший анализ. Выходное напряжение усили-

тельного каскада в данном случае будет подано на вход цепи обратной связи, а, следовательно, коэффициент передачи последней составляет:

U вых.ос ,

U вых.ук

где Uвых.ос – комплексное выходное напряжение цепи обратной связи, В;

а Uвых.ук – комплексное напряжение на выходе усилительного

каскада или на входе обратной связи, В.

Или, переписав формулу относительно выходного напряжения цепи обратной связи, и учтя, что при отрицательной обратной связи величина β лежит в диапазоне –1 … 0, при положительной обратной связи – в пределах 0 … 1 [39, с. 245], получим:

Uвых.осUвых.ук.

174Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Общеизвестно, что коэффициент усиления каскада без обратной связи, равен:

K U вых.ук ,

U вх.ук

где Uвых.ук и Uвх.ук – соответственно комплексные напряжения

на выходе и на входе усилительного каскада, В.

Из рисунка видно, что напряжение, отводимое от источника сигнала, равно сумме выходного напряжения цепи обратной связи и напряжения на входе усилительного каскада, а, следовательно, можно записать так:

Uс Uвых.ос Uвх.ук,

где U с – напряжение, поступающее на вход каскада, охваченного обратной связью, В.

Перепишем последнее выражение относительно напряжения на

Uс Uвх.ук (Uвых.ук).

Каскад с обратной связью обладает коэффициентом усиления:

Имеем право разделить знаменатель и числитель последнего выра-

жения на входное напряжение усилительного каскада Uвх.ук , и

получим формулу для нахождения коэффициента усиления каскада с обратной связью: