1.8.Влияние обратной связи на нелинейные искажения и помехи

С помощью OOС удается существенно уменьшить нелинейные искажения, а также помехи, возникающие в усилителе.

Пусть усилитель при синусоидальном входном сигнале кроме синусоидального напряжения U_вых имеет на выходе также напряжение гармоники или помехи – U_г. Введем в усилитель обратную связь, как показано на рис. 1.11. Тогда для сохранения неизменного выходного напряжения и выходной мощности входное напряжение потребуется изменить в (1 + _осК) раз.

Обозначим напряжение гармоники или помехи на выходе усилителя с введенной обратной связью через . Тогда, если считать усилитель квазилинейной системой и пренебречь составляющими высших порядков в выходной цепи, получим, что должно быть равно сумме напряжения U_Г, создаваемого усилителем, и напряжения , прошедшего через цепь обратной связи, входную цепь и усилитель, а, следовательно, помноженного на _осК.

= U_Г – _осК .

Отсюда находим

.

Таким образом, ООС уменьшает искажения, возникающие в усилителе во столько раз, во сколько изменяется коэффициент усиления усилителя.

Однако, если выходной ток усилительного элемента достигает тока насыщения или нуля, то усилитель становится нелинейным. В этом случае уменьшение искажения не произойдет, так как теория ООС справедлива лишь для усилителей, работающих в линейном режиме.

Следует заметить, что ООС уменьшает в 1 + _осК раз фон переменного тока, а также и другие помехи, возникающие внутри усилителя.

1.9.Обратная связь по току

Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по току приведена на рис. 1.14. Усилительный каскад представлен в виде четырехполюсника с крутизной S = I_вых /U_вх.

Рис. 1.14. Структурная схема усилителя с ООС по току

Запишем выражение для входной цепи

U₁ = U_вх – U_ос = U_вх – I_вых R_ос

Разделим обе части равенства на I_вых и, сделав простые преобразования, получим, что

,

где S_ос =I_{вых ос} /U_вх.

Для последовательной OOС по току справедливы почти все соотношения, что и для OOС по напряжению. Так, последовательная OOС по току увеличивает входное сопротивление:

R_{вх ос}=R_вх(1+SR_ос);

расширяет частотную характеристику усилителя, уменьшает фазовые искажения, увеличивает стабильность крутизны:

.

В отличие от OOС по напряжение OOС по току увеличивает выходное сопротивление усилителя.

R_{вых ос} =R_вых(1+SR_ос).

Действительно, с увеличением выходного тока при постоянном значении входного сигнала происходит уменьшение напряжения U₁. В результате ток в выходной цепи остается практически постоянным. Это эквивалентно тому, что в выходной цепи усилителя с OOС по току включен источник тока, ток которого мало изменяется с изменением нагрузки.

1.10.Параллельная обратная связь по напряжению

Рассмотрим структурную схему усилителя с параллельной обратной связью по напряжению, представленную на рис. 1.15.

Рис. 1.15. Структурная схема усилителя с параллельной ООС

В отличие от ранее рассмотренных обратных связей здесь имеется ряд особенностей:

1. Входная и выходная цепь имеют общую заземленную точку.

2. Параллельная OOС оказывается более простой; для ее реализации достаточно между выходом и входом включить лишь один резистор.

3. При параллельной ОС принципиально необходимо наличие сопротивления R_г. При R_г = 0 на входе усилителя будет короткое замыкание напряжения обратной связи.

Коэффициент усиления усилителя, охваченного параллельной OOС:

.

Если R_г = 0, то К_ос=К и в усилителе обратной связи не будет. При выполнении неравенства

, и

получаем, что К_ос=R_ос/R_г.

Все полученные соотношения для последовательной ООС справедливы и для параллельной ООС. Исключением является ее влияние на входное сопротивление, которое при глубокой ООС определяется величиной сопротивления R_г. Иными словами, параллельная ООС уменьшает входное сопротивление усилителя.