книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

Напряжение обратной связи бывает пропорционально либо вы­ ходному напряжению, либо выходному току. В первом случае полу­

Несколько реже встречается комбинированный вид обратной

на вход усилителя различают последовательную и параллельную обратную связь.

Перечисленные варианты схем отрицательной обратной связи приведены на рис. 2.54. Из этих схем видно, что в усилителе с от­ рицательной обратной связью напряжение на сетке лампы не равно входному напряжению. Оно меньше его на величину напряжения обратной связи. Это обстоятельство служит причиной уменьшения коэффициента усиления усилителя, в котором применена отрица­ тельная обратная связь. Для компенсации этого недостатка прихо­ дится увеличивать усиление в предыдущих каскадах. Затруднений при этом обычно не возникает.

2. Усилители с последовательной обратной связью по напряжению

Из всех схем отрицательной обратной связи наибольшее приме­ нение получила схема с последовательной обратной связью по на­

Пользуясь рис. 2.54, а, выведем формулу для коэффициента уси­ ления уоилителя с отрицательной обратной связью. В этой схеме напряжение обратной связи получается при помощи делителя, со­

напряжения на величину полезной нагрузки усилителя влияния не оказывает. Напряжение обратной связи подается на вход усили­ теля в противофазе с входным напряжением и напряжение на сетке лампы равно их разности:

(2.133)

В рассматриваемой схеме уоилителя напряжение обратной связи

280

Отсюда вытекает, что коэффициент обратной связи представляет собой отношение напряжения обратной связи усилителя к его вы­ ходному напряжению. В общем случае коэффициент р может быть любой величины. Однако в усилителе, изображенном на рис. 2.54, а, его можно изменять только от нуля (обратной связи нет) до еди­ ницы (обратная связь максимальная). Это следует из того, что в данной схеме

В = —

?Rt + R,'

исходит это потому, что при наличии отрицательной обратной свя­ зи напряжение на сетке лампы оказывается меньше входного на­ пряжения в 1+р/С раз.

В самом деле, из уравнения (2.136) видно, что

меньше входного напряжения. Покажем, что это действительно так:

281

ной обратной связью по напряжению составим его эквивалентную схему. Для этого выведем уравнение для переменной составляю­ щей анодного тока лампы в области средних частот, считая Rn~^>Ra.

На средних частотах усилителя крутизна рабочего участка се­ точной динамической характеристики

Ri+Ra

Поэтому

S -U

Но в схеме усилителя с отрицательной обратной связью напря­ жение Ug определяется по формуле 2.136.

Следовательно,

282

'вьа

m 8ЫХ

Рис. 2.56. Процесс усиления синусоидального напряжения резисторным усилите­ лем с отрицательной обратной связью

Если говорить более точно, то в анодную нагрузку лампы вхо­ дят все те элементы схемы, через которые может разветвляться пе­ ременная составляющая ее анодного тока. К ним относятся рези­ стор Ra, переходная цепь CaRn, выходная емкость лампы, емкость монтажа и входное сопротивление следующего каскада. Следова­ тельно, полной анодной нагрузкой лампы является сопротивле­ ние Za . Тогда выведенные формулы для переменной составляющей анодного тока получают следующий вид:

H-t/вх

283

На основании этих формул полная эквивалентная схема рези­ сторного усилителя с отрицательной обратной связью по напряже­ нию может быть изображена в двух вариантах (рис. 2.57). На этих

схемах принято, что следующий каскад обладает чисто емкостным входным сопротивлением и его воздействие на рассматриваемый

объясняется пониженной величиной внутреннего сопротивления эквивалентного генератора.

Расширение полосы пропускания усилителя за счет отрицатель­ ной обратной связи по напряжению объясняется тем, что на верх­ них и нижних частотах происходит уменьшение напряжения £/р и напряжение Ug растет (рис. 2.58). Возрастание напряжения Ug на верхних частотах приводит к дополнительному увеличению пере­ менной составляющей анодного тока, и на уменьшающемся сопро­ тивлении анодной напрузки напряжение поддерживается постоян­ ным до более высоких частот, чем в усилителе без обратной связи ^вгз-^^вг)-

На нижних частотах увеличение Ug приводит к росту перемен­ ной составляющей анодного напряжения, поэтому увеличение со­ противления конденсатора Сп в меньшей степени влияет на умень­ шение усиления нижних частот (/к г </иг).

Можно показать, что в резисторном усилителе с отрицатель-

284

ной обратной связью по напряжению граничные частоты, входя­ щие в полосу пропускания, равны:

(2.142)

Z0 Динамический режим

Статический

режим

0,70Щ

Ore «на

Рис. 2.58. Частотные зависимости в резисторном усилителе

сотрицательной обратной связью по напряжению

т.е. полоса пропускания усилителя в области верхних и нижних частот расширяется во столько раз, во сколько раз уменьшается

285

Пользуясь эквивалентной схемой резисторного усилителя с ООС по напряжению, изображенной на рис. 2.57, б, можно рас­

Рис. 2.59. Графики, поясняющие процесс уменьшения нелинейных искаже­ ний в усилителе с отрицательной обратной связью

Частотные свойства резисторного усилителя с ООС по напряже­ нию иллюстрируются графиками, изображенными на рис. 2.58.

Уменьшение нелинейных искажений при отрицательной обрат­ ной связи можно объяснить следующим образом. Если на входе усилителя действует строго синусоидальное напряжение ивх, то в процессе его усиления возникают нелинейные искажения и вы­ ходное напряжение оказывается искаженным (пунктирные кри­ вые для /а и ыа на рис. 2.59). Но тогда и напряжение обратной связи искажено, вследствие чего напряжение на сетке лампы ug получается несинусоидальным. В процессе усиления этого иска­ женного напряжения происходит частичная компенсация нелиней­ ных искажений и форма выходного напряжения приближается к синусоидальной. Нелинейные искажения, конечно, остаются, но

286

они уменьшаются в 1 4 $К раз по сравнению с нелинейными иска­ жениями того же усилителя без отрицательной обратной связи.

Рассмотрим влияние последовательной отрицательной обрат­ ной связи на входное сопротивление усилителя. При этом будем полагать, что обратная связь является чисто активной, т. е. будем считать напряжения «вх и щ строго противофазными на всех ча­ стотах усиливаемого спектра.

В §4 этой главы было показано, что резисторный усилитель с об­ щим катодом на средних частотах обладает емкостным входным сопротивлением (если лампа работает при отрицательном напря­ жении на сетке). Введение в схему такого усилителя последова­ тельной отрицательной обратной связи не меняет характера его входного сопротивления. Оно остается емкостным. Однако вели­ чина входной емкости заметно уменьшается, и тем самым улучша­ ются условия работы предыдущего каскада в области верхних рабочих частот. Выведем формулу для входной емкости резистор­ ного усилителя с последовательной обратной связью по напря­ жению.

Переменный ток, протекающий через источник входного сиг­

При активной отрицательной обратной связи и активной анод­

Сравнивая ее с формулой (2.63), видим, что в усилителе с по­ следовательной отрицательной обратной связью по напряжению входная емкость уменьшается в 1+$К раз.

287

Из формулы (2.137) видно, что усилитель с Отрицательной об­ ратной связью обладает более стабильным коэффициентом уси­ ления, чем усилитель без обратной связи. Объясняется это тем, что при изменении величины К происходит одновременное изме­ нение числителя и знаменателя этой формулы. В результате К&

меняется незначительно.

Допустим, что /\ = 100, а £5 = 0,1. Тогда

А Э 1 + 0.1-100 ' •

Следовательно, коэффициент усиления К? уменьшился только на 1%.

Рис. 2.60. Частотные характеристики резнсторного уси­ лителя:

а — бе з обратной связи; б — с отрицательной обратной связью

С физической точки зрения стабилизация коэффициента уси­ ления усилителя за счет введения отрицательной обратной связи объясняется очень просто. Если по какой-либо причине произой­ дет уменьшение величины К, то это вызовет уменьшение напря­ жения обратной связи и в результате этого на сетке лампы на­ пряжение возрастет. Поэтому усилитель будет усиливать возрос­ шее сеточиое напряжение и на его выходе уменьшение напряже­ ния окажется незначительным.

Из рисунка видно, что отрицательная обратная связь стабили­ зирует не только коэффициент усиления, но и полосу пропускания усилителя.

288

Т р а н с ф о р м а т о р н ы й у с и л и т е л ь с п о с л е д о в а т е л ь н о й о б р а т н о й с в я з ь ю

по н а п р я ж е н и ю

На рис. 2.61 приведены схемы трансформаторных усилителей низкой частоты с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению.

В схеме, изображенной на рис. 2.61,а напряжение отрицатель­ ной обратной связи получается при помощи делителя RiR2, под­ ключенного ко вторичной обмотке выходного трансформатора. По-

а

6

Рис. 2.61. Схемы трансформаторных :илителей с последовательной обратной связью по апряжению

этому в данной схеме обратная связь уменьшает нелинейные иска­ жения, возникающие не только за счет кривизны динамической характеристики лампы, но и создаваемые выходным трансформа­ тором. Одновременно уменьшается фон переменного тока, возни­ кающий от пульсаций напряжения Еа (если оно получается от выпрямителя).

Вторичную обмотку трансформатора необходимо правильно подключить к делителю напряжения. При неправильном ее вклю­ чении обратная связь может оказаться положительной и качество работы усилителя резко ухудшится. В этом случае необходимо поменять концы обмотки трансформатора, подключенные к дели­ телю.

Особенность схемы, изображенной на рис. 2.61,6, заключается в том, что в ней напряжение обратной связи может превышать вы­ ходное напряжение. Поэтому коэффициент обратной связи может быть любой величины.

Из схемы видно, что