72

Следует отметить, что даже некоторое различие в постоянных и мало отразится на результатах анализа в рамках настоящего курса, т.к. существенно меньше , а значит, частоты , существенно больше высшей граничной частоты f_в, которая будет определяться по (2.92) постоянной . Отклонения от принятой АЧХ (см. рис. 1.3) будут происходить за пределами полосы пропускания. Анализ АЧХ на этих частотах выходит за рамки курса.

2.6. Обратная связь в усилителях

2.6.1. Виды обратной связи

В усилителях широко используются обратные связи. При помощи обратной связи (ОС) можно изменять параметры усилителя (как правило, для улучшения этих параметров).

Под обратной связью понимают передачу части усиленного сигнала с выхода снова на вход усилителя, где происходит суммирование сигнала обратной связи с внешним сигналом. Усилитель с обратной связью (рис. 2.12) включает в себя цепь (звено) прямой передачи и цепь (звено) обратной передачи.

Цепь (звено) прямой передачи представляет собой усилительное звено без обратной связи, характеризуемое рассмотренными ранее параметрами (K_U, K_i, R_вх, R_вых, M_н, M_в). Наиболее существенным из них для рассмотрения свойств обратной связи является коэффициент прямой передачи. На рис. 2.12,а это коэффициент усиления по напряжению K_U = U₂/U_вх.

Цепь (звено) обратной передачи (связи) формирует сигнал обратной связи из выходного сигнала и передает его во входную цепь. Цепь обратной связи характеризуется коэффициентом обратной связи (передачи). На рис. 2.12,а это коэффициент передачи по напряжению _U = U_ос /U₂ .

Контур, включающий в себя цепь прямой и обратной передачи, называют петлей обратной связи. В зависимости от способа прохождения сигнала обратной связи на вход усилителя различают:

а) внутреннюю обратную связь, обусловленную физическими свойствами усилительного элемента (транзистора);

б) паразитную, обусловленную неудачным монтажом, полями рассеивания и т.д.;

в) внешнюю, вводимую преднамеренно для улучшения параметров усилителя.

Первые два вида порой бывает даже трудно установить, но они существуют вопреки желанию разработчика, зачастую ухудшая свойства усилителя (особенно его устойчивость). Из этих двух видов кратко рассмотрим лишь паразитную обратную связь через источник питания, с которой часто приходится сталкиваться на практике.

Внешняя обратная связь всегда существует в явном виде и является управляемой. Этот вид обратной связи рассмотрим более подробно. Рассматривать будем только однопетлевую ОС. Полученные при этом выводы можно полностью применять и к паразитной и внутренней обратной связи, если они выявлены и найдены их количественные критерии. Обратная связь подразделяется по способу сложения сигнала обратной связи U_ос(или I_ос) и внешнего сигнала U₁(или I₁) на входе усилителя, на последовательную (на входе внешний сигнал U₁ и сигнал обратной связи U_ос включаются последовательно, т.е. происходит сложение напряжений U₁ и U_ос) и параллельную (на входе внешний сигнал I₁ и сигнал обратной связи I_ос включаются параллельно – сложение токов).

По способу образования сигнала обратной связиU_ос (или I_ос) из выходного сигнала U₂ (или I₂) различают обратную связь по напряжению (U_ос или I_ос пропорциональны выходному напряжению U₂, при этом ток I₂ может быть любой величины, вплоть до I₂ = 0, см. рис. 2.12,а и обратную связь по току (I_ос или U_ос пропорциональны выходному току I₂, при этом напряжение U₂ может быть любой величины, вплоть до U₂ = 0, см. рис. 2.12,б).

а б

Рис.2.12

Таким образом, возможны четыре типа обратной связи:

1. Последовательная обратная связь по напряжению, приведена на рис. 2.12,а, т.е. на входе U_вх = U₁ + U_ос, а на выходе U_ос = _u U₂. Цепь прямой передачи здесь характеризуется коэффициентом усиления по напряжению K_U = U₂/U_вх, а цепь обратной передачи (связи) – коэффициентом передачи по напряжению _u = U_ос/U₂.

2. Параллельная обратная связь по току. Этот вид обратной связи показан на рис. 2.12,б. Усилительные свойства цепи (звена) прямой передачи здесь представлены коэффициентом усиления тока K_i, равного I₂/I_вх, а цепь обратной связи коэффициентом _i, равного I_ос/I₂.

Кроме этих типов обратной связи могут быть еще два типа, являющиеся комбинациями входных и выходных цепей, показанных на рис. 2.12.

3. Последовательная обратная связь по току. Сигналом обратной связи здесь является напряжение U_ос, пропорциональное выходному току I₂. Сигнал U_ос суммируется с внешним сигналом U₁ на входе в последовательной цепи. Как усилительный параметр цепи прямой передачи здесь целесообразно использовать крутизну прямой передачи S_п = I₂/U_вх, а цепь обратной связи характеризовать передаточным сопротивлением _r = U_ос/I₂.

4. Параллельная обратная связь по напряжению. Сигналом обратной связи здесь является ток I_ос, пропорциональный выходному напряжению U₂. Сигнал I_ос суммируется с внешним сигналом I₁ на входе в параллельной цепи. За усилительный параметр цепи прямой передачи в этой схеме целесообразно взять сопротивление прямой передачи R_п = U₂/I_вх, а цепь обратной передачи следует характеризовать передаточной проводимостью _s = I_oc/U₂.

В табл. 2.1 приведены соотношения между коэффициентами прямой передачи всех четырех типов (K_U, K_i, S_п, R_п), позволяющие при необходимости переходить от любого из этих коэффициентов к трем остальным. Например, почти всегда определяется K_U (иногда K_i), а обратная связь включается по третьему типу. Тогда в соответствии с табл. 2.1 S_п = K_U / R_н. В табл. 2.2 приведены соотношения между коэффициентами обратной передачи (_u, _i, _s, _r), позволяющие при необходимости переходить от любого из этих коэффициентов к трем остальным.

Таблица 2.1

Коэф. прямой передачи	KU	Ki	Sп	Rп
KU	-	KiRн / Rвх	Sп Rн	Rп /Rвх
Ki	KU Rвх /Rн	-	Sп Rвх	Rп /Rн
Sп	KU / Rвх	Ki /Rвх	-	Rп /(Rн Rвх)
Rп	KU Rвх	KiRн	Sп Rн Rвх	-

Таблица 2.2

Коэф. обратной передачи	U	S	r	i
U	-	S / Rвх	r / Rн	i Rвх /Rн
S	u /Rвх	-	r /(Rвх Rн)	i /Rн
r	U Rн	S Rвх Rн	-	i Rвх
i	u Rн /Rвх	S Rн	r / Rвх	-

Сложение напряжений на входе (последовательная ООС) наиболее эффективно при R_г = ∞, а сложение токов (параллельная ООС) при R_г = 0 не имеет смысла. На практике чаще всего бывают промежуточные варианты, т.е. между источником ЭДС и источником тока, что уменьшает эффективность ООС из-за снижения коэффициента обратной связи и требует обязательного учета величины R_г при определении коэффициента обратной связи .