2. Сведения из теории

2.1. Общие сведения

Под обратной связью в усилителях понимают связь выходной цепи усилителя с его входной цепью, благодаря которой обеспечивается передача сигнала с выхода усилителя на его вход. Электрическая цепь, которая обеспечивает эту связь, называется цепью обратной связи. Петлей обратной связи называют замкнутый контур, включающий в себя цепь обратной связи и часть усилителя между точками подключения обратной связи.

В усилителях может существовать внутренняя, внешняя и паразитная обратная связь. Внутренняя обратная связь существует во всех активных элементах и зависит от их физических свойств. Внешняя вводится в схему усилителя с целью изменения его параметров. Паразитная появляется в усилителях из-за возникновения емкостных, индуктивных и гальванических связей в схемах, создающих пути для передачи сигнала с выхода на вход.

Местной обратной связью принято называть обратную связь, охватывающую отдельные каскады усилителя, общей – связь, которая охватывает весь усилитель.

2.2. Комплексный коэффициент усиления усилителя с обратной связью

Структурную схему усилителя напряжения с обратной связью (рис. 2.1) можно представить в виде собственно усилителя с комплексным коэффициентом усиления и четырехполюсника с комплексным коэффициентом передачи где – комплексная амплитуда напряжения, передаваемого с выхода усилителя на его вход.

Комплексный коэффициент усиления усилителя с обратной связью высчитывается следующим образом:

(*)

Произведение коэффициента передачи цепи обратной связи и усилителя высчитывается следующим образом:

, где K_U(ω) и β(ω) – АЧХ усилителя и цепи обратной связи соответственно, а φ_К(ω) и φ_β(ω) – ФЧХ усилителя и цепи обратной связи соответственно.

Если на частоте ₁ φ_К(ω₁) + φ_β(ω₁) = 0 или 2n, где n – целое число, то сигнал обратной связи по фазе совпадает с сигналом U_C источника сигнала. Такая обратная связь называется положительной. Комплексный коэффициент усиления усилителя с положительной обратной связью высчитывается следующим образом:

При β(₁) × К(₁)  1 коэффициент усиления К_UОС(j₁) стремится к бесконечности. Это соответствует переходу к режиму неустойчивости усилителя. При этом усилитель возбуждается и превращается в генератор.

Если на какой-то частоте ₁ φ_К(₁) + φ_β(₁) =  или (2n – 1), то сигнал обратной связи находится в противофазе с сигналом U_C источника входного напряжения. Такая обратная связь называется отрицательной. При этом комплексный коэффициент усиления равен:

При отрицательной обратной связи коэффициент усиления усилителя с обратной связью К_UОС(j₁) меньше, чем коэффициент усиления собственно усилителя, а фазовые сдвиги сигналов в усилителях равны.

2.3. Типы обратной связи

В зависимости от способа подачи сигнала обратной связи на вход усилителя различают последовательную и параллельную обратную связь. Если источник входного сигнала соединен последовательно с входом усилителя и выходом цепи обратной связи, то обратная связь – последовательная. Параллельная обратная связь присутствует тогда, когда цепь обратной связи включается параллельно источнику входного сигнала.

По способу включения цепи обратной связи на выходе усилителя различают обратную связь по напряжению и току. При обратной связи по напряжению сигнал пропорционален выходному напряжению усилителя. Если сопротивление нагрузки и цепь обратной связи соединены последовательно, то это связь по току, при которой сигнал пропорционален току, отдаваемому усилителем в нагрузку.

В схемах усилителей возможны:

• последовательная отрицательная обратная связь по напряжению;

• последовательная отрицательная обратная связь по току;

• параллельная отрицательная обратная связь по напряжению;

• параллельная отрицательная обратная связь по току.