2 Влияние отрицательной обратной связи на основные параметры и характеристики усилителей

2.1 Влияние оос на коэффициенты усиления усилителя

Усилитель, охваченный обратной связью (рисунок 4), можно представить в виде собственно усилителя (без обратной связи) с коэффициентом усиления K_U, на входе которого действует напряжение U, и четырехполюсника обратной связи, обладающего коэффициентом передачи .

Р исунок 4

Рассмотрим случай, когда имеет место последовательная ООС по входу. Тогда напряжение U_вх на выходе источника сигнала противоположно по фазе напряжению обратной связи U_СВ. В этом случае можно записать

U = U_вх – U_ОС.

Разделив левую и правую части уравнения на U _вых, получим

U / U_вых = U_вх / U_вых – U_ОС / U_вых.

Поскольку U_вых / U = K_U – коэффициент усиления усилителя по напряжению без ОС; U_вых / U_вх = K_{U ОС} – коэффициент усиления усилителя, охваченного цепью ОС; U_ОС / U_вых =  - коэффициент передачи четырехполюсника ОС, то последнее уравнение можно переписать в виде

1 / K_U = 1 / K_{U ОС} - .

После несложных математических преобразований получим

K_{U ОС} = K_U / (1 + K_U).

Таким образом, из полученного выражения видно, что при последовательной ООС по входу коэффициент усиления напряжения усилителя, охваченного обратной связью K_{U ОС}, меньше, чем его собственный коэффициент усиления K_U. Причем выражение справедливо, независимо от того, какой вид ООС по выходу – последовательная по току или последовательная по напряжению. Произведение K_U называется петлевым усилением (глубиной ОС), а величина F = 1 + K_U – фактором ООС. Для положительной ОС F = 1 – K_U.

Фактор обратной связи показывает, во сколько раз изменится коэффициент усиления усилителя при наличии цепи ОС. Если при наличии ООС выполняется условие K_U >> 1, то говорят, что усилитель охвачен глубокой обратной связью. В этом случае коэффициент усиления усилителя с обратной связью не зависит от коэффициента усиления без обратной связи и определяется коэффициентом передачи цепи обратной связи . Действительно

K_{U ОС}  K / K  1 / .

При последовательной обратной связи коэффициент усиления тока не изменяется, так как при наличии обратной связи коэффициент усиления тока равен

K_{I OC} = I_вых / I_ист = I_вых / I_вх = K_I,

то есть не отличается от коэффициента усиления тока усилителя без обратной связи. Это объясняется следующим. При неизменных параметрах источника сигнала и нагрузки усилителя отрицательная обратная связь уменьшает напряжение сигнала на выходе усилителя в F раз и во столько же раз уменьшается выходной ток. Но так как при последовательной обратной связи увеличивается входное сопротивление усилителя также в F раз (будет показано позже), то уменьшается входной ток и коэффициент усиления тока не изменяется.

При параллельной отрицательной обратной связи (и по току, и по напряжению, рисунок 5) коэффициент усиления напряжения не изменяется, потому что в этом случае можно записать

K_{U ОС} = U _вых / U _вх = U _вых / U = K.

Р исунок 5

Выведем соотношение для определения коэффициента усиления тока в усилителе при наличии параллельной обратной связи по входу.

Собственный коэффициент усиления тока усилителя K_I равен

K_I = I_вых / I = I_вых / (I_вх – I_ОС) = I_вых / (I_вх – I_вых).

Учитывая, что I_вых / I_вх = K_{I ОС}, получим

K_{I ОС} = K_I / (1 + K_I).

Можно показать, что полученное выражение справедливо, независимо от того, какой вид отрицательной обратной связи по выходу – параллельная по току или параллельная по напряжению.