1.8. Отрицательная обратная связь

В схемах с отрицательной обратной связью часть усиленно­го входного сигнала подается обратно во входную цепь усили­теля. Сигнал обратной связи находится в противофазе с вход­ным сигналом. Преимущества схем с отрицательной обратной связью заключаются в уменьшении частотных искажений, рас­ширении полосы пропускания, лучшей стабильности схем, а иногда и в ослаблении шумов. Отрицательная обратная связь понижает усиление сигнала, однако этот недостаток часто ока­зывается несущественным по сравнению с отмеченными досто­инствами.

Рис. 1.11. Цепи обратной связи по току.

На рис. 1.10 показаны типичные цепи отрицательной обрат­ной связи по напряжению. В схеме на рис. 11.10, а сигнал обрат­ной связи снимается с выхода усилителя и подается в цепь эмиттера входного усилителя. Глубина обратной связи регулируется величинами резисторов и конденсаторов в цепи обрат­ной связи. Сигнал обратной связи, выделяемый на резисторе в цепи эмиттера (500 Ом) входного каскада, вычитается из вход­ного сигнала. Таким образом при положительной полуволне входного сигнала в цепи коллектора появится отрицательная полуволна определенной амплитуды; при этом сигнал обратной связи, который меняет прямое смещение между базой и эмитте­ром, будет уменьшать амплитуду этой отрицательной полуволны. Аналогично для отрицательной полуволны входного сиг­нала положительная полуволна, появляющаяся в цепи коллек­тора, меньше той, которая была бы без обратной связи. (Необ­ходимо помнить, что сигнал, приложенный к базе, и усиленный сигнал в цепи коллектора изменяются в противофазе.)

Конденсатор емкостью 30 мкФ, включенный последователь­но в цепь обратной связи, не пропускает постоянной составляю­щей с выхода выходного усилителя на резистор 500 Ом в цепи входного усилителя. Сопротивление 9 кОм и шунтирующая его емкость определяют глубину обратной связи.

При использовании полевых транзисторов (которые имеют более высокое входное сопротивление, чем биполярные) исполь­зуются элементы другой величины. На рис. 1.10,6 показана схе­ма подключения цепи обратной связи к резистору в цепи исто­ка ПТ. Здесь часть напряжения со вторичной обмотки выходно­го трансформатора поступает на резистор в цепи истока ПТ предыдущего каскада. Если знак обратной связи отличается от требуемого (отрицательного), то его можно изменить, поменяв местами выводы вторичной обмотки трансформатора.

Амплитуда напряжения обратной связи регулируется вели­чиной резистора, последовательно включаемого в цепь обрат­ной связи. На глубину обратной связи влияет также величина резистора в цепи истока. Иногда обходятся без разделительного конденсатора в цепи обратной связи, хотя он предотвращает шунтирование резистора в цепи истока по постоянному току ма­лым сопротивлением вторичной обмотки выходного трансфор­матора.

Так как напряжение обратной связи и напряжение входного сигнала находятся в противофазе, то они вычитаются и проис­ходит ослабление выходного сигнала пропорционально величине напряжения обратной связи. Заметим, что в сигнале обратной

Связи могут содержаться составляющие, искажающие основной сигнал. Эти составляющие поступают на вход усилителя, усили­ваются и вновь появляются на выходе, но уже в противофазе с исходными. В результате происходит ослабление искажений сигнала, величина которого определяется глубиной обратной связи. (Дополнительные сведения об обратной связи приводят­ся в разд. 2.2.)

На рис. 1.11 показан другой тип схем с отрицательной об­ратной связью. В схеме на рис. 1.11, а для получения отрица­тельной обратной связи по току исключен конденсатор, кото­рым обычно шунтируют резистор R2 в цепи эмиттера. В резуль­тате устанавливается отрицательная обратная связь, при ко­торой напряжение обратной связи пропорционально току сигна­ла, протекающему через R2. Поскольку здесь используется транзистор р — n — р-типа, для создания прямого смещения не­обходимо, чтобы эмиттер был положительным относительно базы. Для получения обратного смещения коллекторного пере­хода на коллектор подается отрицательное напряжение. В ре­зультате ток, протекающий по резистору в цепи эмиттера, со­здает падение напряжения указанной на рисунке полярности. Поскольку это падение напряжения на резисторе сопротивлени­ем 330 Ом устанавливает потенциал эмиттера отрицательным: относительно потенциала базы, имеет место отрицательная об­ратная связь. Входной сигнал вызывает появление напряже­ния на резисторе R₂. Такой резистор улучшает также темпера­турную стабильность каскада, так как препятствует возраста­нию тока транзистора с температурой. В сочетании с охлаж­дающими радиаторами, которые используются в мощных тран­зисторах, резистор R₂ способствует ослаблению температурных эффектов, в результате чего опасность температурного дрейфа снижается.

На рис. 11.11,6 приведена аналогичная схема на транзисто­ре n — р — n-типа. Как и в предыдущем случае, падение напря­жения на резисторе в цепи эмиттера оказывает действие, про­тивоположное прямому смещению (прямое смещение в тран­зисторе n — р — n-типа имеет место, когда потенциал эмиттера отрицателен относительно потенциала базы).

Схемы, изображенные на рис. 1.11, а и б, имеют лучшие ча­стотные характеристики по сравнению с характеристиками схем, в которых резистор R2 зашунтирован конденсатором. Ре­активное сопротивление конденсатора, шунтирующего резистор Rz, возрастает на низких частотах, поэтому низкие частоты усиливаются меньше высоких. Это происходит вследствие того, что при большой величине реактивного сопротивления конден­сатора возрастает падение напряжения на R₂ и уменьшается усиление. Если шунтирующий конденсатор исключить, то общее усиление каскада понизится, зато уменьшатся вредные эф-фекты, связанные с действием указанного элемента. Этой воз­можностью часто пользуются в видеоусилителях, где сигналы имеют широкий спектр, а также в других усилителях, для ко­торых уменьшение усиления не является существенным.

В схеме, изображенной на рис. 1.11, в, напряжение сигнала падает на резисторе R2, так как он не зашунтирован конденса­тором. Резистор R₁ включен параллельно с конденсатором С₂, поэтому на R₁ выделяется только постоянная составляющая, величина которой зависит от тока коллектора. Только резистор R2 создает отрицательную обратную связь по току, а последо­вательно соединенные резисторы R₁ и R₂ влияют на темпера­турную стабильность схемы благодаря изменению смещения при изменении температуры.