4.3 Обратные связи в усилителях.

Обратной связью называют воздействие выходного сигнала (или его части) на входную цепь. Электрическая цепь, которая связывает выход схемы с входом, называется цепью обратной связи. Если фаза сигнала обратной связи U_ос такова, что он складывается с входным сигналом U_вх, и входной сигнал возрастает, такая обратная связь называется положительной. Этот вид обратной связи применяется в генераторах. Если сигнал обратной связи действует в противофазе с входным сигналом, то такая обратная связь называется отрицательной (ООС). Она применяется в усилителях.

Рис. 4.5 Структурная схема усилителя с обратной связью

Следует различать обратные связи по току и напряжению. При обратной связи по току сигнал Uос пропорционален выходному току, при обратной связи по напряжению сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению. В зависимости от способа

подачи обратной связи во входную цепь усилителя различают последовательную и параллельную обратные связи.

На рис. 4.5 представлена структурная схема усилителя, охваченного последовательной обратной связью и имеющего коэффициент усиления без обратной связи К. Отношение напряжения, поданного на вход системы через цепь обратной U_ос к выходному напряжению усилителя U_вых называется коэффициентом передачи цепи обратной связи: .

В общем случае является комплексной величиной. При отрицательной обратной связи <0, при положительной ос>0. Пусть на рис. 4.5 изображена структурная схема транзисторного усилителя, тогда на вход самого транзистора будет подано напряжение

.

Разделим все члены равенства на Uвых:

.

В левой части равенства стоит величина I/К, где К – коэффициент усиления без обратной связи. Первый член правой части равенства – I/Кос, второй член – это коэффициент передачи цепи обратной связи

Учитывая вышесказанное, равенство можно привести к виду

.

Это выражение справедливо для положительной обратной связи. В случае действия отрицательной обратной связи выражение можно переписать

.

Таким образом, отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усилителя, но она делает работу усилителя более стабильной, расширяет его полосу пропускания, уменьшает нелинейное искажение, увеличивает входное сопротивление усилителя и уменьшает его выходное сопротивление. Последние два положения очень важны для транзисторных усилителей, входное сопротивление которых обычно мало.

4.4. Усилительный каскад с общим коллектором.

Такой усилительный каскад называется эмиттерным повторителем. Схема усилительного каскада с общим коллектором представлена на рис. 4.6. На ней изображены разделительные конденсаторы С1 и С2, делители напряжения для задания рабочей точки R1 R2, источник питания Е_к. , но в данной схеме не показан R_k , что подчеркивает тот факт, что коллектор транзистора по высокой частоте заземлен через конденсатор С_ф, не показанный на схеме, т. е. на коллекторе нет переменного напряжения. В то же время сопротивление R_э не шунтируется емкостью, как в схеме с общим эмиттером. В данной схеме эмиттер транзистора по высокой частоте оторван от земли. На сопротивлении R_э действует как постоянное, так и переменное напряжение.

В схеме осуществляется полная отрицательная обратная связь =1

Рис.4.6 Усилительный каскад с общим коллектором

Все  выходное напряжение, действующее на R_э, подается на вход в противофазе с входным напряжением. Коэффициент усиления по напряжению можно получить из формулы для К_оос, т.е. К_{о ос} .

Это явление объясняется следующим : входное напряжение

прикладывается к точкам (см. рис. 4.6) С₁ и общей точке, а снимается с R_Н, т. е. U_вых<U_вх. Учитывая, что падение напряжения U_БЭ очень мало, можно считать, что U_вых U_вх.

Если на вход транзистора действует положительная полуволна входного напряжения, транзистор открывается, ток эмиттера растет. На сопротивлении R_э переменная составляющая напряжения увеличивается, причем его плюс оказывается на эмиттере.

Выходное напряжение в данном усилителе повторяет входное и по величине, и по фазе. Поэтому данный каскад и называется эмиттерным повторителем.

Каскад усиливает ток, так как его входной ток – ток базы, а выходной – ток эмиттера.

К_i=I_э/I_б= .

Усиление каскада по мощности можно определить

К_р=К_iК_и= .

Достоинством каскада являются его большое входное сопротивление R_вх= R_б||R_н (при больших значениях R1 и R2), и малое выходное сопротивление.

Эмиттерный повторитель является согласующим каскадом и применяется в тех случаях, когда требуется согласовать низкоомную нагрузку с высокоомным выходом предыдущего усилителя.