определяется глубиной обратной связи.

Для усилителя с обратной связью по току будем иметь

ZFВВЫ = Z22 − Z21ZB12 (Z1 + Z11 ) = Z22 [1 − Z21ZB12 Z22 (Z1 + Z11 )] =

= ZВЫХ[1 − КПКЗ2 ] = ZВЫХFКЗ2

(2.41)

где ZFВЫХ и ZВЫХ - выходное сопротивление усилителя с ОС и без ОС; KКПЗ2 и FКЗ2 - петлевое усиление и глубина обратной связи, измеренные в

режиме короткого замыкания по выходу.

Введение отрицательной обратной связи (F > 1) по току приводит к увеличению выходного сопротивления усилителя. Степень изменения выходного сопротивления снова определяется глубиной обратной связи.

Так как при выводе выражений (2.40, 2.41) не обращалось внимания на способ ввода обратной связи, следует считать, что он не влияет на величину выходного сопротивления усилителя с обратной связью.

2.2.6. Влияние обратной связи на стабильность усилителя

Реальное АЭУ всегда работает в постоянно меняющихся условиях, что приводит к изменению его параметров. Эти меняющиеся условия называют дестабилизирующими факторами. К ним обычно относят: изменение параметров окружающей среды (температуры, влажности, давления и др.), нестабильность источников питания, замена вышедших из строя элементов схемы новыми, старение элементов и т.д. Оценивается нестабильность с помощью коэффициента нестабильности, который определяется как отношение приращения ка- кого-либо параметра АЭУ к его номинальному значению. Так, для нестабильности коэффициента усиления усилительного каскада будем иметь

Определим нестабильность коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной ОС:

56

Найдем производную dКЕF/dКE от выражения (2.35) и перейдем к конечному приращению ∆KF :

Из (2.45) следует, что введение в усилитель отрицательной обратной связи приводит к уменьшению нестабильности коэффициента усиления. При этом глубина обратной связи показывает, во сколько раз улучшается стабильность усилителя.

Следует предположить, что отрицательная обратная связь таким же образом влияет на стабильность остальных параметров усилителя.

2.2.7. Влияние обратной связи на частотную, фазовую и переходную

характеристики усилителя

Изменение частоты, при котором происходит изменение коэффициента усиления, может рассматриваться как один из дестабилизирующих факторов. Включение отрицательной обратной связи приведет к тому, что влияние этого дестабилизирующего фактора будет ослаблено, и частотная характеристика окажется неизменной в более широкой полосе частот, чем для схемы без обрат-

57

усилителя однозначно приводит к расширению фазовой и к улучшению переходной характеристик (см. п.1.4.6). Так, увеличению верхней граничной частоты соответствует уменьшение времени установления переходной характеристики в области малых времен.

Однако на практике обратная связь очень часто оказывается частотнозависимой. Влияние такой связи рассмотрим на примере отрицательной час- тотно-зависимой ОС, в которой четырехполюсник обратной связи выполнен в виде последовательного колебательного контура (рис. 2.10, а).

На рис. 2.10, б представлены частотные характеристики усилителя без обратной связи, четырехполюсника обратной связи и усилителя, охваченного обратной связью. В момент резонанса коэффициент передачи четырехполюсника связи оказывается наибольшим, глубина отрицательной обратной связи достигает своего максимального значения, а на частотной характеристике усилителя с ОС появляется провал. На основании рассмотренного примера можно сделать вывод о том, что отрицательная частотно-зависимая обратная связь вносит в частотную характеристику исходного усилителя изменения, обратные тем, которые имеются в частотной характеристике четырехполюсника связи.

2.2.8. Влияние обратной связи на нелинейные искажения, шумы и

динамический диапазон усилителя

Одним из важнейших свойств отрицательной обратной связи является её способность уменьшать нелинейные искажения, возникающие в той части усилителя, которая охвачена петлёй обратной связи. Величина и количество нелинейных продуктов, возникающих на выходе усилителя, определяется величиной участка вольт-амперной характеристики активного элемента, прорабатываемого сигналом. При введении обратной связи в усилитель, работающий в квазилинейном режиме, сигнал, воздействующий на активный элемент, уменьшается в F раз. Уровень нелинейных продуктов на выходе усилителя уменьшается ещё сильнее, так как прорабатываемый участок вольт-амперной характеристики становится (уменьшившись в F раз) практически линейным. Падение уровня сигнала в нагрузке, вызванное введением обратной связи, приходится компенсировать за счёт увеличения в F раз коэффициента усиления предыдущих каскадов. В результате уровень сигнала на входе и выходе усилителя, ох-

59

ваченного обратной связью, а также участок вольт-амперной характеристики усилительного элемента, прорабатываемый сигналом, становятся такими же, как и до введения обратной связи. Появившиеся при этом на выходе усилителя нелинейные продукты, обусловленные прежним участком вольт-амперной характеристики, попадают в цепь отрицательной обратной связи и компенсируются, возвращаясь на выход по петле ОС, но уже с фазами, противоположными их начальным значениям. Таким образом, уровень нелинейных продуктов на выходе усилителя уменьшается. Для усилителя, работающего в квазилинейном режиме, это уменьшение оказывается примерно равным глубине обратной связи F.

Следует отметить, что аналогичные рассуждения могут быть проведены и в отношении шумов и помех, возникающих в усилителе, охваченном обратной связью. Отрицательная обратная связь уменьшает каждую из составляющих (нелинейные продукты, шумы, помехи), вносимых в спектр сигнала усилителем, входящим в петлю обратной связи. Однако к уменьшению шумов за счёт введения отрицательной обратной связи следует относиться весьма осторожно. Это связано с тем, что эффективность влияния ОС на уровень собственных шумов усилителя зависит не только от вида ОС и способа её ввода, но и от величин элементов в цепи ОС и конфигурации самой цепи.

Следует отметить также, что обратная связь не влияет на такой параметр усилителя, как отношение сигнал/шум. Если источник сигнала имеет ограниченную мощность (например приёмная антенна), то введение отрицательной обратной связи ведет к уменьшению и сигнала и помехи, так как ОС действует на них одинаково, снижая их в F раз.

Влияние отрицательной обратной связи на динамический диапазон усилителя определяется её влиянием на нелинейные искажения и шумы. Уменьшение нелинейных искажений ведет к тому, что максимальное входное напряжение может быть увеличено при сохранении прежнего уровня нелинейных искажений. Уровень собственных шумов усилителя с ООС в общем случае также снижается. Это позволяет считать, что при введении отрицательной ОС динамический диапазон усилителя расширяется за счёт увеличения максимального уровня сигнала при допустимых нелинейных искажениях и за счёт уменьшения минимального уровня сигнала в связи с уменьшением собственных шумов.

60