3. Обратные связи в усилителях.

Обратной связью называется передача части выходного напряжения усилителя на его вход.

Различают четыре вида обратной связи (ОС):

• последовательная по напряжению ;

• параллельная по напряжению;

• последовательная по току;

• параллельная по току.

На схемах рисунков 6, а-г представлены соответственно все эти виды обратных связей.

Во всех схемах “К” - коэффициент усиления усилителя без обратной связи, а - “ β“ коэффициент передачи цепи обратной связи.

Рисунок 6,а Последовательная ОС по напряжению

Рисунок 6,б Параллельная ОС по напряжению

Рисунок 6,в Последовательная ОС по току

Рисунок 6,г Параллельная ОС по току

Для определения вида обратной связи нужно “закоротить” нагрузку. Если напряжение обратной связи уменьшается до нуля, то в этом случае будет обратная связь по напряжению. Если напряжение обратной связи возрастает, то это обратная связь по току.

Рассмотрим влияние обратной связи на параметры усилителя на примере усилителя, охваченного последовательной обратной связью по напряжению (рисунок 6,а).

На вход усилителя подается синусоидальный сигнал. Комплексное значение коэффициента усиления по напряжению

Ќ_u = , (1)

где U _ВЫХ и U_{ВХ 2} – комплексные действующие значения напряжений.

Коэффициент обратной связи:

β = . (2)

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью :

Ќ_{u ОС} = . (3)

Учитывая формулы (1) и (2), а также то, что U_{ВХ 2} = U_{ВХ 1} + U_ОС, можно преобразовать формулу (3) следующим образом:

Ќ_{u ОС} = = = =

= = .

Таким образом,

Ќu ОС = Ќu / (1 - β Ќu )

Произведение βЌ_u определяет характер обратной связи и величину коэффициента усиления. Так как коэффициент усиления усилителя и коэффициент цепи обратной связи являются в общем случае комплексными величинами, то, учитывая фазовые сдвиги, вносимые в сигнал, соответственно цепью усилителя и цепью обратной связи, можно записать:

Ќ_{u ОС}= =

Если φ +φ_ос = π , 3π, 5π, ……n π, где n – нечетное число, e ^{j ( φ ос} +^φ) = -1 и

Ќ_{u ОС} =К_U e^jφ / 1+ β К_U .

Фаза в цепи обратной связи изменяется на 180⁰ и сигнал по цепи обратной связи поступает в противофазе по отношению к входному сигналу. В усилителе создается отрицательная обратная связь (ООС), которая уменьшает коэффициент усиления усилителя. Кроме того, наличие ООС уменьшает коэффициент гармоник, расширяет полосу пропускания усилителя.

Пусть К_U изменяется в пределах от 1000 до 10000 в некотором частотном диапазоне, а коэффициент β =0,1 и остается постоянным. Тогда в соответствии с формулой

К_{U ОС} = К_U / 1+ β К_U .

К_U изменяется от 9,9 до 9,99. Таким образом, изменение становится значительно меньше ( ≈ 1% ).

Входное сопротивление усилителя с ООС увеличивается, а выходное уменьшается.

R_ВХ =U_ВХ2/I_ВХ ;

R_ВХОС =

R_ВХОС = R_ВХ (1+ β К_U ).

Напряжение на выходе усилителя при наличии ООС уменьшается на величину Δ U_ОС = Δ U_ВЫХ β , а так как

Δ U_ВЫХ = - Δ I_ВЫХ R_ВЫХ - Δ U_ОСК_U,

то Δ U_ВЫХ = - Δ I_ВЫХ R_ВЫХ - Δ U_ВЫХ β К_U .

Знак “ минус” учитывает то обстоятельство, что при увеличении выходного тока, напряжение обратной связи увеличивается, а выходное напряжение уменьшается. Следовательно,

R_{ВЫХ ОС}= - Δ U_ВЫХ / Δ I_ВЫХ = R_ВЫХ / (1 + β К_U ).

Если φ +φ_ос = 2π , 4π, 6π, ……n π, где n – четное число, e ^{j ( φ ос} +^φ) = +1 и

Ќ_{u ОС} =К_U e^jφ / 1- β К_U .

Фаза сигнала из цепи обратной связи совпадает с фазой входного. В усилителе создается положительная обратная связь (ПОС), которая увеличивает коэффициент усиления и может привести к самовозбуждению схемы.