5.Обратная связь в усилителях

 Обратная связь и характеристики усилителя. 

1.3.2.1. Коэффициент усиления усилителя с оос.

В реальных схемах могут возникать фазовые сдвиги в цепях усилителя и ОС. Поэтому передаточные характеристики цепей выражаются в общем случае комплексными числами. При принятых обозначениях рис 1.3.2.1 ( - напряжение на входе системы;  - напряжение на входе усилителя;  - напряжение на выходе системы;  - напряжение на выходе цепи ОС;  - коэффициент усиления усилителя без учета ОС;  - коэффициент передачи цепи ОС;  -коэффициент передачи системы) можно иметь следующие очевидные соотношения для усилителя с обратной связью.

 

                                                      (1.3.2.1)

или                                         

                                                                                         (1.3.2.2)

Таким образом, введение обратной связи изменяет коэффициент усиления усилителя. Произведение  , представляющее собой передаточную функцию последовательно соединенных четырехполюсников   и  , называется петлевым усилением, а величина (1- ) — глубиной обратной связи.

В зависимости от фазовых соотношений величин   величина коэффициента передачи системы   может изменяться. При положительной ОС фаза напряжения   совпадает с фазой напряжения источника сигнала   и произведение   является положительной вещественной величиной, то есть

                                                                                            (1.3.2.3)

При отрицательной ОС фаза U₃ сдвинута на 180° по сравнению с фазой U₁, а произведение   будет отрицательной вещественной величиной, то есть

                                                                                           (1.3.2.4)

Из соотношения (1.3.2.3) следует, что введение ПОС при Kc<1 увеличивает коэффициент усиления. При Kc = 1 коэффициент усиления становится равным бесконечности, а при Kc>1 - отрицательным. Физически это означает, что в отсутствие переменного напряжения на входе усилителя с ОС на его выходе присутствует некоторая переменная напряжение. Схема самостоятельно генерирует это напряжение, то есть усилитель превращается в автогенератор.

Для ООС коэффициент усиления усилителя уменьшается в   раз, но при этом улучшается стабильность, которая оценивается относительной величиной коэффициента усиления  .

Действительно, дифференцируя (1.3.2.4) и подставляя значение K_c, находим

                                           ,                         (1.3.2.5)

то есть введение ООС уменьшает относительную величину изменения коэффициента усиления усилителя в    раз. Необходимость стабилизации K связана с тем, что в схемах под воздействием внешних факторов (температура, давление, влажность, старение элементов) происходит изменение электрических параметров элементов, что и приводит к изменению коэффициента усиления. По этому в усилителях ООС часто применяется специально для  стабилизации коэффициента усиления. Чем глубже ООС, тем лучше стабилизация коэффициента усиления. Заметим, что при глубокой ООС K>>1 коэффициент усиления усилителя практически не зависит от параметров усилительной цепи, а определяется только параметрами цепи ОС:

                                                                                (1.3.2.6)

Стабильность усиления при этом оказывается высокой, так как она определяется параметрами пассивных элементов цепи ОС, стабильность которых выше, чем у параметров активных элементов цепи усилителя.