1. Цели работы

Закрепить и углубить знания по теории обратной связи.

Измерить основные характеристики усилителя при наличии различных видов обратной связи и оценить влияние обратной связи на параметры усилителя.

2. Теоретическая часть

1. Основные понятия. Виды обратных связей

Обратной связью (ОС) называется соединение какой-либо электрической цепью выхода усилителя с его входом, осуществляющее передачу части выходного колебания на вход. Цепь, осуществляющая такую передачу, называется цепью ОС. Все виды обратной связи сильно изменяют свойства усилителей и других устройств, выполненных на их основе, поэтому они широко используются для направленного изменения их параметров.

Простейшее соединение усилителя, имеющего коэффициент усиления К, с цепью ОС, имеющей коэффициент передачи _с, показано на рис. 1, а.

Сигнал ОС (напряжение U_) c выхода цепи обратной _с связи вместе с входным сигналом U₁ поступает на вход усилителя (блока К). В качестве сигналов для определенности взяты напряжения. Во входной цепи усилителя согласно принципу суперпозиции происходит векторное сложение (для простоты считаем, что без ослабления) их комплексных амплитуд:

U₁+U_ = U₃. (1)

Напряжение ОС U_ является частью выходного напряжения U₂, так как цепь ОС обычно состоит из пассивных элементов (R, C, L) и передает сигнал с ослаблением.

Если в результате подачи U_ оказывается U₃ > U₁, то увеличивается также U₂, а значит, и коэффициент усиления всего усилителя. Такая обратная связь называется положительной. Если же U₃ < U₁, то обратная связь называется отрицательной. Отрицательная обратная связь обычно применяется в усилительных устройствах (УУ) для уменьшения искажений и повышения стабильности усиления, а в устройствах обработки сигналов – для изменения различных характеристик и параметров в нужную сторону.

Для оценки степени воздействия обратной связи на характеристики УУ вводят глубину обратной связи F:

,

где U₁, U₃  - амплитуды напряжений. Для отрицательной обратной связи F > 1, а для положительной - F < 1.

Для отрицательной ОС равенство (1) иллюстрируется векторной диаграммой, приведенной на рис.1,б, где вдоль действительной оси направлен суммарный вектор U₃, так как вход блока К обычно принимают за начало петли обратной связи. Векторная диаграмма построена для верхних частот, поэтому вектор U_ не точно противофазен вектору U₃, а сдвинут блоком К в сторону запаздывания. ОС называется вещественной, если сложение векторов U_ и U₁ происходит либо строго в противофазе для отрицательной ОС, либо в фазе, если ОС положительная.

Если цепь обратной связи охватывает весь усилитель, ее принято называть общей обратной связью. Если обратная связь охватывает только часть усилителя, например один каскад, ее называют местной.

Следует заметить, что пассивная цепь ОС передает сигнал не только с выхода усилителя на его вход, но и с входа на выход. Дополнительная передача сигнала на выход через цепь ОС называется пассивной передачей, так как не сопровождается усилением.

Если ОС не введена преднамеренно, а возникла самопроизвольно, вопреки желанию конструктора, то она называется паразитной, так как обычно ухудшает показатели усилителя. Иногда ОС подразделяют на внутренние и внешние. Обратная связь называется внутренней, если ее цепь является неотъемлемой частью усилителя. Сюда относится, например, ОС, обусловленная наличием сопротивления коллекторного перехода биполярного транзистора. Мы будем рассматривать только внешние ОС, вводимые в усилитель преднамеренно для улучшения его свойств.

В цепи ОС могут быть использованы как линейные, так и нелинейные элементы. Это позволяет изменять свойства усилителя только для заданных значений входного сигнала.

Обратная связь называется частотно-независимой, если свойства ее цепи (_с - цепи) не зависят от частоты. В противном случае ОС называется частотно-зависимой, такая ОС позволяет изменять свойства усилителя только в требуемом диапазоне частот.

По способу получения сигнала обратной связи принято различать обратную связь по напряжению и по току. Для получения ОС по напряжению сигнал обратной связи должен быть пропорционален выходному напряжению усилителя (рис.2,а). Для получения ОС по току сигнал должен быть пропорционален выходному току, поэтому сигнал снимают с дополнительного резистора R, включенного последовательно с нагрузкой (рис.2,б).

По способу введения сигнала обратной связи можно выделить последовательную и параллельную обратные связи. Для получения последовательной ОС сигнал с выхода усилителя вводится последовательно с источником входного напряжения (рис.2,в). В этом случае на входе усилителя производится алгебраическое суммирование напряжений согласно выражению (1). Для получения параллельной ОС сигнал с выхода усилителя вводится параллельно источнику входного напряжения (рис.2,г). В этом случае на входе усилителя производится алгебраическое суммирование токов:

I₁+ I_ = I₃.

Возможны комбинированные способы как снятия, так и введения сигнала обратной связи. Однако из-за противоположного действия на свойства усилительного устройства (УУ) такие способы на практике применяются редко.

В соответствии со сказанным, можно выделить четыре основные вида цепей обратной связи:

- последовательная ОС по напряжению;

- последовательная ОС по току;

- параллельная ОС по напряжению;

- параллельная ОС по току.

Каждый из указанных видов может осуществлять как положительную, так и отрицательную обратные связи.