2.3. Петля обратной связи и ее параметры

В разделе 2.2 получены выражения для коэффициентов усиления усилителя с учетом ОС. Однако применять практически эти выражения по ряду причин не всегда возможно. Входные и выходные зажимы усилителя с ОС не всегда совпадают с зажимами усилителя без ОС. Кроме того, некоторые элементы могут входить одновременно и в блок К, и в блок цепи ОС. Поэтому во многих случаях разделение схемы на блоки К и _С невозможно. Поэтому в общем случае под усилителем с ОС понимается цепь из пассивных RCL - элементов (рис. 7), содержащая входные (1 - l') и выходные (2 - 2') зажимы и усилитель К без цепи ОС. К выходным зажимам всей цепи подключено сопротивление нагрузки Z_H, a ко входным - эквивалентный генератор входного сигнала. Считаем, что усилитель К является идеально односторонним, т.е. не имеет внутренней ОС.

Замкнутое двухпроводное кольцо, включающее усилитель К, называется петлей обратной связи. Таким образом, часть петли связи состоит из одностороннего усилителя К, а остальная часть - из пассивной цепи.

Входное и выходное сопротивления Z_ВХ.К и Z_ВЫХ.К одностороннего усилителя вынесем из него и отнесем к пассивной цепи, как показано на рис.8,а. Тогда оставшийся идеализированный усилитель имеет практически бесконечное входное сопротивление.

Положим Е_г = 0. Разорвем петлю ОС (рис.7) в точках 3’-3. Выход пассивной цепи нагрузим на сопротивление эквивалентное Z_ВХ.К. На вход усилителя К подадим некоторое напряжение Е₃. Выход усилителя нагрузим на сопротивление Z_ВЫХ.К. Структурная схема оценки петли ОС примет вид, показанный на рис.8,а.

Рис. 8

ЭДС Е₃ усилится идеальным усилителем К, пройдет по цепи ОС с коэффициентом передачи β_С и создаст на зажимах 3’’-3 некоторое напряжение U₃. Отношение

(10)

при (Е_г = 0) называется петлевым усилением или возвратным отношением. Здесь имеется в виду усиление по разомкнутой петле ОС. Разность

(11)

называется возвратной разностью, а ее модуль F – глубиной связи.

Для определения петлевого усиления петлю связи можно разрывать в любом месте, а не обязательно на входе идеального усилителя К. Однако выход петли в месте разрыва следует нагрузить на сопротивление Z, равное входному сопротивлению отсоединенных зажимов (рис.8,б). Это необходимо для того, чтобы условия работы петли при ее разрыве не изменились. Но тогда петлевое усиление по току как отношение выходного и входного токов петли в месте разрыва (рис.8,б)

,

так как Z = Z_ВХ. Таким образом, петлевое усиление по току равно петлевому усилению по напряжению и можно искать либо Т, либо Т_i в зависимости от того, что проще.

Несмотря на множество возможных вариантов, разрыв петли целесообразно делать на входе идеального усилителя К или внутри него, так как это не нарушает связи через пассивную цепь между входными и выходными зажимами схемы (1-1’ и 2 – 2’) и позволяет найти коэффициент пассивной передачи.

При определении петлевого усиления генератор на входе полагают Е _г = 0 и между зажимами 1-1’ остается только его внутреннее сопротивление Z_Г. Сопротивления Z_Г и Z_Н при этом входят в пассивную цепь. Естественно, что от них, как и от других сопротивлений пассивной цепи, зависит петлевое усиление. Если Т определяют не для фактического сопротивления, подключенного ко входным или выходным зажимам, а для некоторого значения Z, то его обозначают соответственно T_вх(Z) и Т_вых(Z), а возвратную разность F_вх(Z) и F_вых(Z), Так при Z_Г = 0 (укороченная входная цепь) получим T_вх(0) и F_вх(0), а при Z_Н = 0 получим Т_вых(0) и F_вых(0).