Вопрос 11. Внутренняя и внешняя обратная связь в активном четырехполюснике. Передаточная функция цепи с обратной связью

Четырёхпо́люсник — электрическая цепь, разновидность многополюсника, имеющая четыре точки подключения. Как правило, две точки являются входом, две другие — выходом.

Четырехполюсники назыв. активными, если внутри них содержатся источники энергии.

Если на вход усилителя, помимо сигнала от внешнего источника, поступает также выходной  сигнал или его часть, то в усилителе присутствует обратная связь (ОС).

Существует два вида ОС: внутренняя и внешняя.

При внутренней ОС часть выходного напряжения U поступает на вход усилителя за счет внутренних цепей активных элементов (в частности Y₁₂).

Попадание выходного сигнала на вход может происходить также из-за нерационального размещения отдельных усилительных каскадов.

Такие ОС называются паразитными. Для их исключения применяют следующие меры:

¨      рациональное расположение деталей;

¨      разбиение на блоки, секции;

¨      экранирование.

При специально созданной внешней ОС напряжение или ток ОС поступает на вход усилителя за счет введения в схему дополнительных элементов и цепей.

Такая ОС широко используется при конструировании усилителей, так как позволяет целенаправленно влиять практически на все показатели усилителя.

Представим усилитель в виде четырехполюсника, выход которого соединим с входом четырехполюсника ОС, а выход четырехполюсника ОС с входом усилителя (рисунок 13.2).

Допустим, что четырехполюсник–усилитель обладает коэффициентом  усиления К, а четырехполюсник ОС - коэффициентом передачи по напряжению β_ос.

Коэффициентом передачи называется отношение выходного напряжения (тока, мощности) к входному напряжению (току, мощности).

По своей сути коэффициент усиления и коэффициент передачи идентичны.В реальных условиях четырехполюсник ОС не всегда присутствует в явном виде, однако, всегда можно найти численное значение:

 и формально ввести четырехполюсник и прийти к изображенной на рисунке 13.2 схеме.

Напряжение на входе усилителя образуется при сложении напряжений (или токов) источника сигнала и цепи ОС. Если входной сигнал и сигнал ОС синфазны, то напряжение  больше  и обратную связь называют положительной (ПОС).

Если напряжения U_mвх и U_mос  противофазны, то ОС называют отрицательной  ОС (ООС).

В зависимости от того, как образуется сигнал ОС, различают ОС по напряжению и ОС по току (рисунки 13.3 и 13.4 соответственно)

Рис. 14.1. Структурная схема линейной системы с обратной связью

Система состоит из двух звеньев. Активное звено с пере­даточной функцией К(р) называется основным элементом системы. Другое, как правило, пассивное звено с передаточ­ной функцией ß(р) называется элементом обратной связи. Стрелки на рисунке указывают направления путей сигналов с системе.

На входе основного элемента имеется устройство, сум­мирующее входной сигнал и выходную реакцию элемента обратной связи. Если U_вх (р) и U_вых (р) - изображения вход­ного и выходного сигналов соответственно, то, как легко видеть,

Uвых (p) = К (р) [U_вX (р) + ß(р) U_ьых (р)]

Отсюда непосредственно следует формула, определяющая передаточную функцию системы, охваченной обратной связью:

В соответствии с этой формулой частотные свойства системы в равной мере зависят как от функции К(р), так и от характеристики ß (р) элемента обратной связи. Поэтому можно, оставляя неизменным основной элемент системы, в широких пределах варьировать частотную характеристику всего устройства, изменяя лишь параметры элемента обратной связи.