Лекция 11

Лекция 11.

Усилители с обратной связью.

Под обратной связью понимают подачу части выходного сигнала на вход усилителя. В реальных условиях возникают 3 вида ОС: внутренняя, внешняя и паразитная.

Внутренняя обратная связь имеет место во всех АЭ.

1. h₁₂

2. Паразитная ОС. Возникает из-за индуктивно-ингасных связей между элементами конструкции, которые создают пути для передачи с выхода на вход.

3. Внешняя обратная связь вводится специальным путем введения в схему специальных элементов.

Все виды ОС существенно влияют на параметры и характкристики усилителя. От внутренней и паразитной ОС стараются избавиться за счет рационального выбора элементов и конструкций усилителя.

Внешняя ОС легкоуправляема и позволяет:

1. Увеличить стабильность коэфициента усиления

2. Расширить диапазон усиления частот

3. Уменьшить искажения

4. Изменить величину входного и выходного сопротивления в нужном направлении

Структурная схема:

комплексная амплитуда сигнала на входе усилителя без обратной связи.

сигнал на выходе усилителя.

K_(jw)= - комплексная функция коэффициента передачи усилителя без обратной связи.

- сигнал на выходе цепи обратной связи.

Β_(jw) – комплексная функция коэффициента передачи цепи обратной связи.

сигнал на входе усилителя с обратной связью.

- комплексная функция коэффициента передачи усилителя с обратной связью

_(jw)K_(jw) – петлевое усиление.

В рабочем диапазоне частот K и  - действительные числа. Обычно величина >0 , K0.

В зависимости от знака K различают следующие виды обратной связи:

1. K>0 – положительная обратная связь.

При положительной обратной связи сигнал на выходе обратной связи совпадает по фазе с входным сигналом.

; 0<K<1,т.е. положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления. При K=1 ->K⁺_ос=∞, в этом случае усилитель превращается в генератор.

2) K<0 - в усилителе возникает отрицательная обратная связь, при этом сигнал на выходе находится в противофазе с входным сигналом.

- отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя без обратной связи.

Влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителя.

1. Влияние на стабильность коэффициента усиления.

Идеальный усилитель должен иметь коэффициент, который бы не зависел ни от каких дестабилизирующих факторов. В реальных усилителях он не остается постоянным. Вследствие зависимости активных элемнтов от температуры и величины питающих напряжений. Покажем, что отрицательная обратная связь улучшает стабильность коэффициента К:

∆K=K-K₀;K=K/K₀ – нестабильный усилитель.

Обычно К>>1, - коэффициент передачи цепи обратной связи, состоящей из пассивных элементов, которые практически не зависят от дестабилизирующих факторов, следовательно К_ос выше К.

2. Влияние отрицательной обратной связи на полосу пропускания обратного усилителя.

_в_н_в

Область верхних частот:

При введении отрицательной обратной связи в усилитель, его коэффициент усиления можно записать:

=(числитель и знаменатель умножаем на (1+jw_в) =

При введении отрицательной обратной связидиапазон усиливаемых частот усиливается в (1+) раз.

3. Влияние на искажение, создаваемое усилителем.

П ри отрицательной обратной связи искажения, создаваемые усилителем уменьшаются в (1+) раз.

Будем считать, что усилитель идеальный, искажений не соэдает, а все искажения включены в источник ЭДС.

1. Если =0, цепь обратной связи отсутствует, а U_вх=0, то выходной сигнал J_вых=Е_и

2. При отрицательной обратной связи 1>>0; U_вых.ос=Е_и-KU_вых.ос

Типы обратной связи.

В зависимости от способа снятия сигнала обратной связи с выхода и подачи на вход различают четыре типа обратной связи. Их название состоит из двух слов. Первое говорит как сигнал подается на вход, второе – как снимается с выхода:

1. Последовательно – параллельная обратная связь.

U_вх и U_ - последовательные

Пример схемы на биполярном транзисторе:

2. Параллельно – параллельная обратная связь:

П ри параллельной обратной связи по входу происходит суммирование токов.

3. Последовательно – последовательная обратная связь.

4) Параллельно – последовательная обратная связь.

Выводы:

Всякая последовательная обратная связь (по входу или по выходу) увеличивает соответствующее сопротивление в (1+) раз. Всякая параллельная обратная связь уменьшает соответствующее сопротивление в (1+) раз.

Устойчивость усилителей с обратной связью.

У стойчивость усилителя – его способность возвращаться в исходное состояние после снятия сигнала с его входа.

У силители с отрицательной обратной связью возбуждаться не должны, но на высоких и низких частотах могут появляться дополнительные фазовые сдвиги, которые превращают отрицательную обратную связь в положительную, при которой возможно самовозбуждение. Это приводит к необходимости исследовать усилитель на устойчивость. Наиболее удобным критерием устойчивости является критерий Найквиста, он позволяет судить об устойчивости усилителя с отрицательной обратной связью по частотным характеристикам его петлевого усиления, т.е. усилителя без обратной связи.

Н_(jw) - петлевое усиление

H_(jw)=K_(jw)β_(jw)=Re[H_(jw)]+jIm[H_(jw)]

Для исследования усилителя на устойчивость строят годограф.

Критерий Найквиста:

У силитель устойчив, если годограф его петлевого усиления не охватывает точку [1,j0].

Исследование на устойчивость можно проводить по логарифмическим амплитудным и фазовым частотным характеристикам петлевого усиления. Усилитель устойчив, если на частоте , на которой =-, ордината логарифмической амплитудно-частотной характеристики петлевого усиления отрицательна.

Анализ усилительных каскадов при различных схемах включения БТ.

1.

2.

3.

4.

2. Схема с ОЭ.

1.

2.

3.

4.