12. Обратная связь (ос) в усилителях

Обратной связьюназывают передачу части мощности с выхода устройства или какого-либо промежуточного звена на его вход. Блок-схема усилителя с обратной связью приведена на рис. 1. Доля мощности, передаваемая с выхода на вход, обычно мала по сравнению с мощностью, отдаваемой нагрузке, но иногда может превышать мощность усиливаемого сигнала. Цепи, через которые осуществляется передача энергии, называются цепями обратной связи. Обратная связь может возникать за счет нежелательного влияния выходных цепей на входные. Такая ОС называется паразитной, а цепи по которым этот сигнал поступает называются паразитными.

13. Виды ос и способы получения сигнала ос.

Различают два вида специально вводимой обратной связи:

1) положительную, если в результате введения коэффициент усиления возрастает. При положительной обратной связи фаза напряжения, подаваемого с выхода усилителя на его вход (фаза напряжения обратной связи), совпадает с фазой входного сигнала;

2) отрицательную, если в результате введения обратной связи коэффициент усиления уменьшается. При отрицательной обратной связи фаза напряжения обратной связи противоположна фазе входного сигнала. В усилителях обычно применяется лишь отрицательная обратная связь, которая способствует улучшению его качественных показателей. Положительная обратная связь применяется главным образом в генераторах.

Усилители с обратной связью различают по способу получения напряжения обратной связи и по способу подачи этого напряжения на вход усилителя. По способу получения сигнала обратной связи различают обратную связь по напряжению, когда напряжение обратной связи пропорционально напряжению на выходе усилителя(рис. 2, а), обратную связь по току, когда напряжение обратной связи пропорционально току через нагрузку=(рис. 2, б), и комбинированную обратную связь (рис. 2, в). Напряжение обратной связи можно подать на вход усилителя либо последовательно, либо параллельно с входным сигналом. Соответственно различаются последовательная (рис. 2, г) и параллельная (рис. 2, д) обратные связи. Существуют и более сложные схемы обратной связи: балансная, дифференциальная и др. Петля обратной связи может охватывать весь усилитель или часть его. В усилителе могут быть и несколько цепей обратной связи, независимых или зависимых одна от другой. Рассмотрим свойства усилителя, охваченного различными типами обратной связи.

а б в

г д

Рис. 2. Способы получения сигнала ОС и подачи на вход усилителя

14. Влияние ос на кu и входное сопротивление усилителя

1. Коэффициент усиления усилителя с обратной связьюопределим на примере схемы рис. 3, а для случаяZ_г= 0. Обозначая коэффициент усиления усилителя без введения в него обратной связи, а коэффициент усилителя с обратной связью, (иопределяются в режиме холостого хода на выходе) и, считая усилитель линейной системой, можно написать:

,

где коэффициент передачи цепи обратной связи (или коэффициент обратной связи), определяющий отношение между напряжением обратной связи и выходным напряжением. Отсюда получаем:

.

y

Z_г

Z_вх

Z

Z_н

а

б

в

Рис. 3. Схемы усилителей с ОС

Коэффициент усиления при наличии обратной связи равен:

. (*)

Усилитель с обратной связью можно характеризовать коэффициентом усиления разомкнутой петли обратной связи (модуль величиныиногда называют фактором обратной связи). В частном случае признак напряжения обратной связи противоположен знаку входного напряжения (). Напряжениевычитается из входного, поэтому обратная связь является отрицательной. Коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью равен:

.

Таким образом, отрицательная обратная связь уменьшает усиление в (1 + К_u) раз.

При знак напряжения обратной связи совпадает со знаком входного напряжения. Эти напряжения суммируются, и обратная связь становится положительной. Коэффициент усиления усилителей с положительной обратной связью равен:

,

т. е. положительная обратная связь увеличивает усиление в (1 К_u) раз.

Рассмотренные закономерности изменения коэффициента усиления в усилителе, охваченном обратной связью, справедливы при любом способе получения и введения сигнала обратной связи.

Обратная связь изменяет стабильность коэффициента усиления усилителя. Нестабильность усиления можно оценить коэффициентом нестабильности:

,

где К_u– изменение коэффициента усиления за счет каких-либо дестабилизирующих факторов.

Если в схему усилителя введена обратная связь, то коэффициент нестабильности определяется соотношением

,

где К_uо.с – изменение коэффициента усиления усилителя с обратной связью, равноеК_uо.с=К_u/(1 + К_u)².

Тогда

.

Отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент нестабильности в (1 + К_u) раз, что является весьма ценным свойством усилителей с обратной связью. Применяя отрицательную обратную связь в многокаскадном усилителе, имеющем большой коэффициент усиления К_u, можно легко получить произведение К_u>> 1 при малой величине. В этом случае К_uо.с 1/, т. е. усиление практически не зависит от параметров усилительных элементов, параметров схемы и числа каскадов, а определяется лишь коэффициентом передачи цепи обратной связи.