Обратная связь усилителя

  В любом устройстве есть паразитная обратная связь. В некоторых случаях ей можно пренебречь, но частот ее необходимо учитывать. Обратная связь может быть как однопетлевая, так и многопетлевая. Связь также может быть внутренняя, внешняя и паразитная. Внутренняя присутствует в активных элементах, внешняя осуществляется с помощью специальных устройств. Различают следующие виды связи: параллельная и последовательная, по току и по напряжению (всего 4 комбинации).

1.    последовательная связь по напряжению 2. последовательная связь по току

3. параллельная связь по напряжению  4. параллельная связь по току

Если в цепи нагрузки короткое замыкание, то это ОС по напряжению.

Если в цепи нагрузке разрыв (холостой ход), то ОС по току.

Если короткое замыкание на входе цепи, то ОС параллельная.

Если на входе холостой ход, то ОС последовательная.

Найдем коэффициент усиления такой схемы. Полный коэффициент усиления , коэффициент усиления усилителя , коэффициент усиления обратной связи .

Поскольку , то . Отсюда получается . Отсюда находим , где  –– петлевое усиление, а  –– глубина обратной связи.

Различают два вида обратной связи: отрицательную и положительную. Если введение обратной связи увеличивает коэффициент усиления цепи (по модулю), то обратная связь положительна, в противном случае – отрицательна.

–– положительная обратная связь. Если <1. В этом случае . Если =1, то . Если >1, то  –– процесс самовозбуждения (генерации).

На практике в основном применяют отрицательную обратную связь . Она обеспечивает более устойчивую работу.

Улучшение характеристик цепи с помощью отрицательной обратной связи

1. Влияние обратной связи на стабильность усилителя. Пусть величина К_У из-за нестабильности источника питания изменилась на малую величину DК_У. В отсутствии обратной связи это привело бы к относительному изменению амплитуды выходного напряжения, равному DК_У/ К_У.

Упростим задачу: пусть изменение коэффициента усиления происходит только в прямом канале, и он считается действительным. В этом случае рассмотрим следующее выражение:

Запишем это выражение в другой форме . Из этого выражения видно, что при наличии отрицательной обратной связи происходит уменьшение относительного изменения коэффициента усиления в 1+К_ОСК_У раз - повышение стабильности усиления цепи, но основные дестабилизирующие факторы находятся в цепи прямого усиления.. Это может быть скомпенсировано с повышением K_у, то есть увеличением числа каскадов.

2. Влияние отрицательной обратной связи на нелинейные искажения. Нелинейные искажения возникают из-за кривизны характеристик. При гармоническом напряжении на входе эти искажения проявляются в виде высших гармонических составляющих усиливаемого сигнала.

K_у(ω)

E₁ U_1­, U_n

E_u – генератор гармонических сигналов.

, так как K­_у(ω) тот же, то есть

При ООС для компенсации на выход прежней U₁ E₁ увеличивается в 1+К_ОСК_У раз на З-З` напряжение при этом тот же , что и без ООС: E₂ = E₁ (1+К_ОСК_У)

; E₃ – напряжение, действующее на З-З`

E₃ = E₂ – U_ОС = E₁ (1+К_ОСК_У) – K_ОСU₁ так как E₁К_У = U₁, то есть E₃ = E₁ + E₁К_У K_ОС – K_ОС U₁ = E₁

Напряжение же на n–ой гармоники на входе усилителя с учетом ОС

K_ОС U_u равно E_u - K_ОС U₁

На выходе усилителя: U_u = К_У (E_u - K_ОС U_u), тогда , то есть в меньше, чем без ОС, но за счет увеличения напряжения в на входе.

Введение отрицательной обратной связи приводит к уменьшению усиления в 1+К_ОСК_У раз. Т. е. нелинейные искажения уменьшаются. Но при этом проявляется недостаток: ухудшается коэффициент усиление цепи. Этот эффект убирается путем ввода дополнительного каскада усиления.

3.    Влияние отрицательной обратной связи на частотную характеристику усилителя (АЧХ).

Дано . Отсюда АЧХ .

Она расположена ниже К_у на всех частотах. При  . Так же

, а

Коэффициент передачи:

При уменьшении усиления в несколько раз характеристика при использовании отрицательной обратной связи значительно равномернее. Т. е. введение отрицательной обратной связи расширяет АЧХ.

28