Тема 7. 4 Обеспечение устойчивости усилителя

Усилитель называется устойчивым, если он не вырабаты­вает посторонних незатухающих колебаний. При прекращении подачи сигнала на вход устойчивого усилителя исчезают коле­бания и на его выходе. Отрицательная обратная связь уменьшает и стабилизирует усиление. Поэтому усилитель, в котором на всех частотах действует только отрицательная обратная связь, является устойчивым при любых значениях коэффициента петлевого усиления К.

При положительной обратной связи ПОС в формуле для коэффициента усиления в знаменателе знак «плюс» меняется на «минус», И она приобретает вид

При K < 1 знаменатель этого выражения меньше единицы, так что коэффициент усиления возрастает и во столько же раз увеличиваются все искажения, помехи и нестабильность усиления. По мере приближения K к единице коэффициент усиления все возрастает.

При K = 1 знаменатель в формуле для К_пос становится равным нулю, а коэффициент усиления возрастает до бес­конечности. Физически это означает, что при отсутствии вход­ного сигнала на выходе усилителя будет действовать перемен­ное напряжение, т. е. возникают колебания, которые выраба­тывает сам усилитель. Вырабатывание колебаний усили­телем называется генерацией.

Условием возникновения генерации является наличие положительной обратной связи при коэффициенте петлевого усиления K >1. Усилитель при положительной обратной связи работает устойчиво, не срываясь на генерацию, при условии, что K < 1.

Генерация усилителя опасна тем, что на нее расходуется мощность, потребляемая от источника питания, и нормальная работа усилителя прекращается, независимо от того, слышны генерируемые колебания в громкоговорителе или нет. Гене­рация может возникать как при подаче сигнала, так и без него: за счет любого первоначального импульса - подключе­ния к источнику питания, попадания помехи и др. При боль­шой мощности генерируемых колебаний перегружаются и выходят из строя усилительные элементы. Особенно опасно это для транзисторов.

Генерация на сверхзвуковых частотах

Причиной генерации на сверхзвуковых частотах усили­теля, в котором несколько каскадов с большим коэффициен­том усиления охвачены петлей обратной связи, является переход отрицательной обратной связи в положительную из-за больших фазовых искажений на высоких частотах. Эта генерация не прослушивается в громкоговорителе, но нарушает или совсем прекращает нормальную работу усилителя.

Генерируемые колебания можно наблюдать на экране осциллографа на выходе усилителя в виде высокочастотных колебаний - непрерывной генерации при отсутствии полезного сигнала на входе (рис. 59, а) или в виде прерывистой генерации, появляющейся только при подаче на вход полезного сигнала в отдельные промежутки времени от t1 до t2, когда мгновенное значение сигнала достигает определенной величины (рис. 59, б).

Рис.59 Генерация на сверхзвуковых частотах с меры ее устранения

К повышению устойчивости усилителя, охваченного обратной связью, приводит улучшение фазовой характеристики усилителя за счет уменьшения или компенсации влияния реактивных элементов, а также за счет уменьшения индуктивности рассеяния выходного трансформатора путем сложного секционирования обмоток. Однако только этих мер недостаточно для предотвращения генерации на сверхзвуко­вых частотах применяют различные способы резкого умень­шения коэффициента усиления на этих частотах. Одним из способов является последовательное включение активных сопротивлений R в цепь сеток ламп в петле общей отрицательной обратной связи (рис. 59, в). Вместе с динами­ческой входной емкостью лампы С_о они образуют фильтр, срезающий сверхзвуковые частоты, для которых емкостное сопротивление очень мало по сравнению с R. Величина сопротивления R должна быть небольшой. При большой величине R фильтр будет действовать в области верхних частот рабочего диапазона усилителя.

Другие способы ослабления положительной обратной связи на сверхзвуковых частотах заключаются в следующем: в выходную цепь усилительного элемента параллельно вклю­чают конденсатор очень малой емкости (рис. 59, г);

вводят местную глубокую отрицательную обратную связь на сверх­звуковых частотах в одном из каскадов путем включения между выходным и входным электродами очень малой емкости (рис. 59, д);

включают фильтр RC на вход, а так же ячейки из последовательного соединения R и С параллельно выходу усилителя и параллельно гасящему плечу делителя обратной связи (рис. 59, е);

включают последовательно в цепь выхода катушку с малой индуктивностью L, образу­ющей с емкостью между проводами или специально включен­ным конденсатором малой, емкости С фильтр, ослабляющий сверхзвуковые частоты (рис. 59,c).