Лекция№3

Обратная связь в усилительных трактах. Влияние обратной связи на характеристики и параметры усилительного тракта. Активные преобразователи (конверторы) сопротивлений.

3.1 Основные сведения и классификация

Обратная связь (ОС) в усилителе характеризует передачу на его вход колебаний с выхода отдельного каскада или с выхода всего усилителя в целом. Применение ОС позволяет улучшить характеристики усилителя.

По характеру передачи сигнала с выхода на вход различают:

• внутреннюю ОС, образующуюся благодаря межэлектродным и паразитным емкостям схемы и особенностям ВАХ активного элемента;

• внешнюю ОС, которая организуется специальными цепями.

Элементы схемы, создающие ОС, образуют цепь ОС, которая представляет собой чаще всего пассивный линейный четырехполюсник, вход которого подсоединен к выходу усилителя, а выход – ко входу усилителя.

В зависимости от того, возрастает или уменьшается сигнал на входе усилителя, обратные связи делятся на:

• положительные (ПОС);

• отрицательные (ООС);

• комбинированные ОС (КОС).

В случае положительной обратной связи фаза действия сигнала обрат­ной связи (напряжения или тока) такова, что обратная связь увеличивает коэффициент усиления усилителя. В случае отрицательной обратной свя­зи коэффициент усиления уменьшается. Комбинированная обратная связь представляет собой совокупность положительной и отрицательной обрат­ных связей, петли которых имеют общие элементы. При использовании комбинированной обратной связи в усилителях коэффициент усиления также уменьшается, т.к. в этом случае преобладающее действие должна оказывать отри­цательная обратная связь.

Наибольшее применение в усилителях находит отрицательная обрат­ная связь, стабилизирующая работу усилителя и снижающая вносимые им искажения.

Положительная обратная связь (только ПОС) в апериодических усили­телях почти не применяется в основном из-за склонности схем с положи­тельной обратной связью к самовозбуждению.

Комбинированная обратная связь применяется для компенсации вы­ходных сопротивлений и искажений в усилителях. Совместное примене­ние положительной и отрицательной обратных связей позволяет исполь­зовать преимущества этих видов связи и обеспечить устойчивость работы усилителя, если соблюдается условие КЬоос > КЬпос.

Поскольку фаза как выходного сигнала, так сигнала с цепи ОС зависят от частоты, то считать ОС положительной или отрицательной можно лишь в некотором диапазоне частот. Сильное изменение частоты сигнала (за пределы рабочей полосы усилителя) может привести к смене знака ОС.

В отношении частотного диапазона действия обратной связи различа­ют:

а) обратную связь по переменному току как частотно-независимую (b = const), так и частотно-зависимую (b = F(co));

б) обратную связь по постоянному току;

в) обратную связь по переменному и постоянному токам одновремен­но.

Частотно-зависимая отрицательная обратная связь применяется в уси­лителях, например, для коррекции частотных и переходных характери­стик.

Отрицательная обратная связь по постоянному току используется для стабилизации исходного режима транзисторов усилительных каскадов, а также для стабилизации и линеаризации коэффициента усиления в усили­телях медленно изменяющихся сигналов (усилители постоянного тока УПТ).

Отрицательная обратная связь по переменному и постоянному токам выполняет одновременно перечисленные функции.

В усилителях чаще всего специально вводят ООС в рабочей полосе частот. С внутренней ОС мы встретились при анализе каскада с ОЭ, где транзистор характеризовался параметром обратной связи h_12,э. Как было показано, отличие от нуля этого параметра приводит к зависимости от него всех внешних параметров транзистора и усилителя в целом, например, влиянию сопротивления нагрузки на входное сопротивление и сопротивления источника сигнала на выходное сопротивление усилителя. В зависимости от того, каким образом подается сигнал на вход усилителя с цепи ОС и в цепь ОС с выхода усилителя, различают:

• последовательную ОС по напряжению;

• последовательную ОС по току;

• параллельную ОС по напряжению;

• параллельную ОС по току;

• смешанная обратная связь.

Первое слово характеризует связь со входом усилителя: при последовательной ОС с цепи ОС на вход усилителя подается напряжение, а при параллельной - ток.

Второе слово характеризует связь цепи ОС с выходом усилителя: если связь по напряжению, то выходной сигнал цепи ОС пропорционален выходному напряжению, если связь по току, то выходной сигнал цепи ОС пропорционален выходному току.

В случае смешанной по выходу обратной связи напряжение Uoc является как функцией выходного напряжения U2, так и функцией выходного тока I1.

В случае смешанной по входу обратной связи напряжение обратной связи вводится последовательно-параллельно и получается час­тично в результате сложения напряжений U1 и Uoc, а частично в результа­те сложения токов I1 и I_ОC.

По количеству петель обратной связи различают однопетлевую схему ОС и многопетлевые схемы обратной связи.

На рис. 5.1 в качестве примера приведена структурная схема много­петлевой обратной связи. Здесь петля К1К2b является петлей общей об­ратной связи, а петли K1b1 и К2b2 — петлями местных обратных связей. В данном случае все обратные связи могут быть отрицательными или неко­торые из них отрицательными, а другие положительными. В последнем случае имеет место комбинированная обратная связь. Необходимо только подчеркнуть, что общая обратная связь в усилителе всегда должна быть отрицательной.

Рис. 5.1. Многопетлевая обратная связь