17 Обратные связи в усилителях
Обратная связь в усилителях
Усилитель, у которого часть энергии выходного сигнала подается на вход, называется усилителем с обратной связью. Структурная схема усилителя с обратной связью показана на рисунке:
На вход усилителя с коэффициентом усиления К подается сигнал y. Он равен сумме входного сигнала xвх и сигнала z, поступающего по цепи обратной связи z = Β · xвых. Здесь Β - коэффициент обратной связи. Сигнал на выходе усилителя xвых будет равен y · K, или: xвых = (xвх + Β · xвых) · К. Связь между входным и выходным сигналами в таком усилителе равна
Коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен
В рассмотренном случае y = хвх + z, т.е. на входе сигналы суммируются. Такая обратная связь называется положительной. Положительная обратная связь в усилителях не используется.
В усилителях используется отрицательная обратная связь (ООС), при которой y = хвх - z.
Коэффициент усиления усилителя с ООС равен
где К – коэффициент прямой передачи, или коэффициент усиления без обратной связи, Β – коэффициент передачи цепи обратной связи, 1 + Β·k – глубина обратной связи, Β·k – петлевое усиление.
При Β·k >> 1, Koc ≈ 1/Β, т.е. при глубоком ООС зависит только от свойств цепи обратной связи.
В
общем случае K и Β имеют комплексный
характер
.
Для упрощения удобно
считать
частотно независимыми, т.е. действительными
величинами K и Β.
Наверх
Классификация обратных связей в усилителях
Обратные связи бывают полезными, если мы их создаем сами, и паразитными (вредными), если они возникают в схемах помимо нашего желания.
По месту нахождения по отношению к усилителю ОС могут быть внутренними, если передача сигнала с выхода на вход происходит через внутренние элементы усилителя, и внешними, если они охватывают усилитель снаружи.
По воздействию на величину коэффициента усиления ОС бывают положительными, если увеличивают его, и отрицательными, если уменьшают.
Реализация полезных обратных связей может быть различной. Различают 4 вида обратных связей:
На рисунках изображены: а) последовательная ОС по напряжению б) параллельная ОС по напряжению в) последовательная ОС по току г) параллельная ОС по току
Для определения вида обратной связи (ОС) нужно "закоротить" нагрузки. Если при этом сигнал обратной связи обращается в нуль, то это ОС по напряжению, если сигнал ОС не обращается в нуль, то это ОС по току. При обратной связи по напряжению сигнал обратной связи, поступающий с выхода усилителя на вход, пропорционален выходному напряжению. При обратной связи по току сигнал обратной связи пропорционален выходному току. При последовательной обратной связи (со сложением напряжений) в качестве сигнала обратной связи используется напряжение, которое вычитается (для отрицательной обратной связи) из напряжения внешнего входного сигнала. При параллельной обратной связи (со сложением токов) в качестве сигнала обратной связи используется ток, который вычитается из тока внешнего входного сигнала.
Наверх
Влияние отрицательной обратной связи на основные характеристики усилителя
Влияние положительной обратной связи не рассматриваем, т.к. она в усилителях практически не используется. Возникновение паразитных положительных обратных связей приводит к ухудшению характеристик усилителя и отказам в работе, что приводит к необходимости предпринимать меры, обеспечивающие устранение или ослабление действия положительной обратной связи.
На практике широко используются отрицательные обратные связи (ООС) в усилителях для целенаправленного изменения характеристик:
Наверх
Коэффициент усиления (Кос)
Как отмечалось выше, коэффициент усиления усилителя, охваченного ООС, определяется по формуле:
Если глубина ООС достаточно велика ΒK >> 1, то Koc = 1/Β. Это значит, что Koc зависит только от свойств цепи обратной связи и не зависит от свойств цепи прямой передачи (транзисторы, ОУ и т.д.), которые не отличаются высокой стабильностью параметров. Если цепь обратной связи содержит только высокостабильные элементы (резисторы, конденсаторы и т.д.), то Koc оказывается стабильным, т.е. всякое изменение коэффициента усиления ослабляется действием ООС.