Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

all / Работа 9 (Некрасов) / Обратная связь

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
27.04.2015
Размер:
107.96 Кб
Скачать
= iвх ± iос.

II.3. Обратная связь в усилителях

Обратной связью (применительно к усилителям) называют передачу части

мощности с выхода усилителя или промежуточного каскада на вход усилителя.

Структурная схема усилителя с обратной связью (ОС) представлена на рис. 2.12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Входной сигнал Хвх пред-

Хвх

 

 

 

Х

 

Хвых

ставляет

собой напряжениеuвх

 

 

 

 

 

1

 

У (К)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

ток iвх, аналогично Хвых:

uвых

 

 

 

 

 

 

 

Хос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

iвых.

На

входе

собственно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОС (b)

 

 

усилителя

происходит

сложение

 

 

 

 

 

 

 

 

или вычитание сигналов Х1 вх±

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.12

 

 

Хос. Так как сигнал обратной свя-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зи Хос тоже

представляет

собой

напряжение uос или ток iос, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u1 = uвх ± uос;

 

 

 

 

 

 

i1

Если Х1 вх- Хос, то имеет место отрицательная ОС (ООС), в противном случае ОС является положительной (ПОС).

Охватывающая только один каскад ОС называетсяместной, а весь многокас-

кадный усилитель – общей.

По способу снятия uос с выхода усилителя различают:

-ОС по напряжению (см. рис. 2.13);

-ОС по току (см. рис. 2.14);

-комбинированную ОС (см. рис. 2.15).

У

R1

 

Rн

uвых

 

 

R2

 

uос

 

 

 

Рис. 2.13

 

iвых

У

Rн

uос

Rос

 

 

Рис. 2.14

В первом случае uос пропорционально uвых, во втором - iвых, в третьем – как выходному напряжению, так и току.

1

По способу подачи uос на вход различают:

- последовательную ОС, при которой складываются(вычитаются) uвх и uос (рис.

2.16), т.е. u1 = uвх ± uос;

 

 

 

 

 

 

-

параллельную ОС, когда складываются (вы-

У

R1

читаются) iвх и iос (рис. 2.17), т.е. i1 = iвх ± iос;

 

 

Rн

-

смешанную ОС, при которой складываются

 

R2

(вычитаются) как напряжения, так и токи (рис.

 

Rос

2.18).

 

 

uос

 

 

Количественно степень передачи Хвых на

 

 

 

 

Рис. 2.15

вход

оценивается коэффициентом

обратной

 

связи b=uос/uвых (bi=iос/iвых, bp=pос/pвых). Введе-

 

 

ние ОС в усилитель оказывает влияние практически на все его параметры.

 

 

 

iвх

i1

 

 

 

Re

У

Re

У

Re

R1

 

uвх

У

uвх

u1

 

uвх

ec

 

ec

 

ec

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

uос

 

iос

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.16

 

Рис. 2.17

 

Рис. 2.18

 

Коэффициент передачи по напряжению К

Для последовательной ОС по напряжению коэффициент передачи по напря-

жению усилителя с ОС

Кос = uвых/uвх; u1 = uвх ± uос; uос = buвых;

 

 

uвых = Кu1.

 

 

 

 

 

 

 

K

 

Тогда Кос = Кu1/uвх = Кu1/(u1 + uос) = Кu1/(u1 + buвых) =

.

1 m βK

 

 

 

 

 

 

Произведение bК называется петлевым усилением, а 1+bК – глубиной ОС.

При ПОС u1 = uвх + uос и K ос =

К

.

1 - βК

 

 

2

При bК<1 Kос>K, т.е. ПОС увеличивает коэффициент передачи. Если bК»1, то

Kос ® ¥, т.е. усилитель теряет устойчивость и переходит в режим самовозбуждения.

При ООС u1 = uвх - uос и

K ос =

К

,

1 + βК

 

 

т.е. происходит уменьшение общего коэффициента передачи всей схемы. Однако именно ООС обычно используется в усилительных схемах по причинам, которые рассмотрены ниже.

Если bК>>1, то K ос » 1 , т.е. определяется только параметрами цепи ОС, что во

β

многих случаях является положительным фактором.

Коэффициент нестабильности

Изменения коэффициента DК обусловлены влиянием дестабилизирующих факторов (старением элементов схемы, флуктуацией напряжения питания и т.п.). От-

носительное изменение данного параметра оценивается коэффициентом À=DК/К, где

DК – абсолютное изменение коэффициента передачи.

При наличии ОС Àос = DК ос . Тогда изменение DКос можно представить как

К ос

DКос=(Кос+DКос)- Кос. Для ООС K

ос + DК ос

=

 

К + DК

 

. Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 + β(К + DК )

 

 

 

DKос =

К + DК

 

-

 

К

=

К + DК + К 2β + DКβК - К -βК 2 -DКβК

=

DК

.

 

 

 

 

 

 

 

 

(1+βК)(1+β(К + DК))

 

 

(1+βК)(1+β(К + DК))

 

1+β(К + DК) 1+βК

 

 

 

 

 

 

 

 

Если DК<<K, то

DK ос

»

 

DК

,

тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1 + βК )2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

À

ос

=

DК

 

 

1

 

= À

1

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К 1 + βК

1 + βК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.е. ООС уменьшает коэффициент нестабильности в 1+bК раз.

Фазовый сдвиг

Так как усилитель содержит частотно-зависимые элементы(транзисторы,

емкости, индуктивности), то, в общем виде, все его коэффициенты передачи должны представляться как комплексные величины, т.е.

3

K ( jω) = Ke jj 1 , где j1 – фазовый сдвиг, вносимый усилителем без ОС.

b( jω) = be jj 2 , где j2 – фазовый сдвиг, вносимый цепью ОС. Тогда для глубокой

ООС

DKос ( jw) =

Кe jj1

»

e- jj 2

,

1+ Кe jj 1 βejj 2

β

 

 

 

т.е. фазовый сдвиг всей схемы определяется фазовым сдвигом только цепи ОС. Если ОС жесткая (не содержит частотно-зависимых элементов), то j2=0 и в усилителе исчезают фазовые искажения независимо от его схемотехники.

Входное сопротивление

Без ОС Rвх=uвх/iвх= u1/iвх, так как uвх= u1.

При последовательной ОС (см. рис. 2.16) Rвх ос=uвх/iвх= (u1±uос)/iвх. Так как uос= Кbu1, то Rвх ос=u1(1±bК)/iвх= Rвх(1±bК). Тогда при последовательной ООС

Rвх ос= Rвх(1 + bК),

т.е. увеличивается в (1+bК), а при последовательной ПОС во столько же раз умень-

шается.

 

 

 

Выходное сопротивление

 

Для определения данного параметра вход усилителя закорачивается, а на вы-

ходе вместо нагрузки подключается источник переменного сигналаuc (рис. 2.19). То-

гда при отсутствии ОС Rвых= uс/iвых. При наличии ООС по напряжению (рис. 2.13)

 

 

 

 

u1 = uвх - Кbuс = 0 - Кbuвых.

-

У

 

 

Поэтому в выходной цепи величина тока будет

 

Rвы

+

 

определяться двумя источниками

 

uc

uс + Кbuс = uс (1+Кb),

 

-

-

 

 

 

Kbuc

 

что приведет к его увеличению в(1+Кb) раз. Так

+

 

 

+

 

 

uос=buc

 

 

как величина сигнала источника uс осталась преж-

 

 

ней, такое увеличение тока можно объяснить за

 

 

 

 

 

Рис. 2.19

 

 

счет уменьшения сопротивления в цепи в(1+Кb)

 

 

 

раз, т.е.

 

 

 

 

 

 

 

 

Rвых ос= Rвых /(1+Кb).

 

 

 

 

4

Соответственно, при ПОС выходное сопротивление во столько же раз увели-

чится.

Нелинейные искажения

ООС позволяет уменьшить нелинейные искажения в усилителе, которые обу-

словлены нелинейностью входной ВАХ транзистора и приводят к появлению на вхо-

де и выходе гармоник высшего порядка. При наличии ООС величина сигнала таких гармоник на входе усилителя определится как uг-buг вых. На выходе uг вых=К(uг-buг вых).

Тогда

uг вых(1+bК)=Кuг,

т.е.

uг вых

=

uг К

.

 

 

1+ βК

Из выражения видно, что теперь гармоника усиливается не вК, а только в К/(1+bК)

раз.

Наличие ООС приводит также к расширению полосы рабочих частот усили-

теля. На рис. 2.20 показана АЧХ усилителя без обратной связи и с ООС.

К

 

АЧХ усилителя без ОС

АЧХ усилителя с ООС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

Рабочая полоса усилителя без ОС

Рабочая полоса усилителя с ООС Рис. 2.20

5