2.3.4. Обратные связи в усилителях

Обратной связью (ОС) в усилителях называется такая связь, которая передает часть энергии с выхода усилителя на его вход.

Обратные связи бывают полезными, если их создают схемотехнически, и паразитными (вредными), если они возникают в схемах самопроизвольно.

По месту нахождения по отношению к усилителю ОС могут быть внутренними, если передача сигнала с выхода на вход происходит через внутренние элементы усилителя, и внешними, если они охватывают усилитель снаружи.

Различают положительную (ПОС) и отрицательную (ООС) обратные связи. При ПОС сигнал обратной свя­зи совпадает по фазе со входным сигналом (такие сиг­налы называются синфазными), при их сложении сум­марный входной сигнал увеличивается. При ООС сигнал обратной связи отличается по фазе от входного на 180° (такие сигналы называются противофазными), при их сложении суммарный входной сигнал уменьшается.

Цепь ОС может состоять из комбинации пассивных и активных, линейных и нелинейных элементов, может быть частотно-независимой или частотно-зависимой (если в ней содержатся реактивные элемен­ты, влияющие на коэффициент передачи цепи ОС в зависимости от частоты сигнала). Посредством цепей ОС можно изменять форму усиливаемого сигнала, что часто требуется в усилителях, применя­емых в автоматике и в вычислительной технике.

Способы осуществления ОС в усилительных устройствах показаны на рис.2.16. К одно- или много­каскадному усилителю 1 подключена цепь ОС 2, которая в явном (или в неявном) виде имеет два входных зажи­ма, соединяемых с выходной цепью, и два выходных за­жима, соединяемых со входной цепью усилительного уст­ройства. Возможны четыре варианта обратной связи: по­следовательная по напряжению (см. рис.2.16, а), последо­вательная по току (см. рис.2.16,б), параллельная по напряжению (см. рис.2.16, в) и параллельная по току (см. рис.2.16, г). Проведем анализ цепи последовательной ОС по напряжению, показанной на рис.2.16, а, с помощью на­пряжений, определяющих эту связь.

Рис.2.16. Варианты обратных связей: а – после­довательная по напряжению; б – последовательная по току; в – параллельная по напряжению; г – параллельная по току

При отсутствии обратной связи выходное напряже­ние U_ВЫХ может совпадать по фазе со входным (быть синфазным) или не совпадать (быть противофазным), что отражено направлением стрелок. В первом случае U_ВЫХ=K_uU₁ (сплошные стрелки при U₁ и U_ВЫХ направ­лены в одну сторону), во втором случае U´_ВЫХ = - U_ВЫХ (пунктирные стрелки направлены противоположно сплошным); при этом знак коэффициента усиления К_И меняется на противоположный, т. е. К´_ВЫХ = - U_ВЫХ/U₁ = - К_И. Напряжение в цепи обратной связи определяется формулой U_ОС = βU_ВЫХ, из которой следует, что коэффи­циент передачи цепи ОС γ = U_ОС/U_ВЫХ для синфазной цепи и γ ' = U'_ОС/U_ВЫХ = -U_ОС/U_ВЫХ = - γ для противофаз­ной цепи. Если напряжение источника входного сигнала U_ВХ совпадает по фазе с напряжением U_ОС (обе стрелки направлены в одну сторону), обратная связь положи­тельна (ПОС); если U_ВХ и U_ОС противофазны (пунктир­ная и сплошная стрелки направлены в разные стороны), обратная связь отрицательна (ООС). В общем случае U_ВХ = U₁ U_О,С (знак «-» для ПОС и знак «+» для ООС). Общий коэффициент усиления напряжения с цепью ОС

K_Uос= .

Знаменатель в приведенном выше выражении определяет характер влияния цепи ОС на работу усилителя, и по степени это­го влияния, называемой глубиной ОС, можно судить о возможности использования ОС на практике.