7.4 Динамическая характеристика усилителя

Динамическая характеристика усилителя – это график, представляющий собой зависимость выходного напряжения (тока) усилителя от входного напряжения (тока).

При правильно выбранной точке усилителя (на линейном участке его рабочей характеристики) выходное напряжение является линейной функцией входного напряжения.

Рисунок 59

При увеличении входного напряжения свыше определенного значения в результате нелинейности характеристик транзисторов, динамическая характеристика изгибается и становится горизонтальной линией, параллельной оси .

В усилительных устройствах рассматривают только линейный участок динамической характеристики. Чем он больше, тем больше динамический диапазон усилителя. Если выходное напряжение перестает линей но зависеть от входного, то возникают искажения, т.е. усилитель работает в режиме насыщения.

Динамический диапазон – связан с амплитудной характеристикой:

,

где – напряжения при которых нелинейные искажения не превышают установленные нормы. Если динамический диапазон выражается в децибелах, то . С качественной стороны динамический диапазон показывает способность усилителя усиливать самые минимальные и самые максимальные сигналы с допускаемым уровнем их искажения и способностью различения на фоне шумов.

7.5 Обратная связь в усилителях

Улучшить характеристики и параметры усилителя можно с помощью обратной связи, т.е. искусственной цепи, по которой часть энергии с выхода усилителя направляется на его вход, изменяя режим входной цепи. При этом образуется замкнутый контур, состоящий из усилителя и звена обратной связи. Различают однопетлевую и многопетлевую обратные связи.

В последней схеме можно выделить общую петлю обратной связи , охватывающую весь усилитель с коэффициентом усиления K и местную петлю обратной связи – охватывающую отдельный усилительный каскад.

Если звено обратной связи подключено к выходу усилителя таким образом, что напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению , то речь идет об обратной связи по напряжению и обратной связи по току при пропорциональности напряжения току в выходной цепи .

Основная характеристика звена обратной связи показывает долю напряжения, снимаемого с выхода усилителя и подаваемого на его вход.

.

При подключении напряжения обратной связи последовательно с входным напряжением усилителя речь идет о последовательной обратной связи и при подключении параллельно – о параллельной.

Для оценки влияния обратной связи на коэффициент усиления и его стабильность рассмотрим схему, в которой достигается стабилизация выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки рисунок 62,а . С учетом действия обратной связи напряжение сигнала, подводимого к входу усилителя, определенного равенством

.

Разделив все члена уравнения на U_вых и приняв, что – коэффициент усиления без обратной связи и – коэффициент усиления с учетом получим:

1,

или

,

.

где – глубина обратной связи.

Пользуясь выражением , из которого следует, что при введении обратной связи коэффициент усиления изменится в раз. Поскольку усилитель и звено обратной связи содержат реактивные элементы, вносящие в усиливаемый сигнал фазовые сдвиги и , т.е. и .

.

Если , то – величина вещественная и отрицательная, а напряжение обратной связи противоположно по фазе напряжению усиливаемого сигнала уменьшая его:

.

Такая обратная связь называется отрицательной обратной связью. Если , равенство примет вид:

,

т.е. коэффициент усиления зависит от параметров усилителя лишь параметрами звена обратной связи.

Последовательная отрицательная обратная связь увеличивает также входное сопротивление усилителя. Кроме того введение ООС по напряжению в раз уменьшает выходное сопротивление усилителя , а по току увеличивает на туже величину.

Наряду с этим ООС в раз уменьшает все виды линейных и нелинейных искажений усиливаемого сигнала, а также напряжения шумов и помех.

При совпадении по фазе напряжения обратной связи с напряжением усиливаемого сигнала, т.е. при , , а формула приобретает вид .

Такая обратная связь называется положительной обратной связью (ПОС). Если , коэффициент усиления усилителя увеличивается, имея однако конечное значение, и стремится к бесконечности при . Это условие является условием самовозбуждения усилителя, поскольку на его входе могут существовать колебания бесконечно малом входном сигнале, который всегда имеется в виде напряжения шумов. При этом усилитель превращается в генератор электрических колебаний широкого спектра частот. Самовозбужденный усилитель не может нормально усиливать входной сигнал, так как он заполнен собственными колебаниями.

В многокаскадных усилителях через общие цепи питания или емкости монтажа могут возникать внутренние обратные связи, для которых на какой либо частоте выполняется соотношение и усилитель самовозбуждается. Такие ОС называются паразитными. Для сведения к минимуму возможности образования паразитных обратных связей требуется тщательный монтаж, использование экранов и развязывающих фильтров и другие меры.

Пример: Коэффициент усиления по напряжению . Допустим, что в результате изменения температуры, напряжение источника питания усилителя изменилось и новое значение стало равным 900. Следовательно относительное изменение коэффициента усиления .

В усилитель введена ООС с . Тогда относительное изменение коэффициента усиления усилителя, охвачено ООС, определяем

Таким образом при введении ОС общее усиление изменилось всего на , т.е. коэффициент усиления изменился в 31 раз меньше чем в усилителе без обратной связи.