Обратные связи в усилителях

Под обратной связью в усилителях понимают воздействие части выходного сигнала электрической цепи усилителя на вход усилителя. Цепь, по которой передаётся сигнал обратной связи, называется каналом обратной связи. Сигнал на выходе канала связи U_oc составляет доли от 11_вых.

На рис. 8.15, а изображена структурная схема усилителя с обратной связью. Обратные связи в усилителях обычно создают по специальным схемам. Однако иногда они возникают за счет паразитных ёмкостей, внутренних сопротивлений источников питания и т. д. Такие обратные связи называют паразитными.

Если при наличии обратной связи входной сигнал U_ex складывается с сигналом обратной связи U_oc, в результате чего непосредственно на вход усилителя поступает увеличенный сигнал Ui= U_ex + Uос, то такую обратную связь называют положительной.

Если после введения обратной связи сигнал и/ на входе равен Uj= U_ex— Uoc усилителя уменьшается, что обусловлено вычитанием сигнала обратной связи из входного сигнала U_ex, то такую обратную связь называют отрицательной.

Обратные связи подразделяют на обратные связи по напряжению и по току. При обратной связи по напряжению U_oc=0 и_вых, где /3 — коэффициент передачи канала обратной связи. При обратной связи по току U_oc=RoJebvc, где R_oc — взаимное сопротивление выходной цепи и цепи обратной связи. Различают последовательные обратные связи, когда цепи обратной связи включают последовательно с входными цепями усилителя, и параллельные обратные связи, когда цепи обратной связи включают параллельно входным цепям усилителя.

На рис. 8.15 приведены структурная и электрическая схемы усилителей с отрицательной последовательной обратной связью по напряжению. Цепью обратной связи здесь служит четырёхполюсник обратной связи (Л/ЛД коэффициент передачи которого

Рис. 8.15. Структурная (а) и электрические (б, в) схемы усилителей с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению Отрицательный характер обратной связи обеспечивается подачей напряжения обратной связи U_oc на инвертирующий вход 9 усилителя (вход 9 интегральной микросхемы — вход однокаскадного усилителя с общим эмиттером). Последовательный характер обратной связи очевиден из рис. 8.15, б. В случае применения интегральной микросхемы (рис. 8.15, б) последовательный характер обратной связи обеспечивается подачей входного напряжения на неинвертирующий вход 10 и напряжения обратной связи на инвертирующий вход 9.

Рассмотрим влияние отрицательной обратной связи по напряжению на коэффициент усиления усилителя. При отрицательной обратной связи по напряжению для входной цепи усилителя (рис. 8.15, а) можно составить уравнение.

которое с учетом равенства U_oc = @и_еых можно переписать в виде:

Для усилителя без обратной связи = Ui, поэтому коэффициент усиления такого усилителя.

I.

Коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью

С учётом выражений (8.13) и (8.14) получим:

Из этой формулы следует, что отрицательная обратная связь снижает коэффициент усиления усилителя в (1+РК.к) раз. При глубокой отрицательной связи, когда.

13Кк>>l, K^_c =7//3. В этом случае коэффициент усиления не зависит от параметров усилительного каскада и можно получить частотную характеристику с большим диапазоном рабочих частот.

Аналогично можно получить коэффициент усиления усилителя с положительной обратной связью.

Как видно из выражения (8.15), положительная обратная связь повышает коэффициент усиления усилителя. При глубокой положительной обратной связи /3Кк=1, тогда К^}-* со (до насыщения). Положительные обратные связи применяются в электронных генераторах. Однако положительную обратную связь в электронных усилителях практически не применяют, так как при этом стабильность коэффициента усиления значительно ухудшается.

Несмотря на снижение коэффициента усиления, отрицательную обратную связь широко используют в усилителях. В результате введения отрицательной обратной связи существенно улучшаются свойства усилителя, а именно:

• — повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при изменениях параметров транзисторов;
• — снижается уровень нелинейных искажений;
• — увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивления усилителя.