Обратной связью (ОС) называют передачу части энергии усиливаемого сигнала из выходной цепи усилителя во входную.

На рис. 2.6 показана структурная схема усилителя с обратной связью. Цепь обратной связи характеризуется коэффициентом передачи, или коэффициентом обратной связи , показывающим, какая часть выходного сигнала передается на вход усилителя. Обычно < 1.

Рис. 2.6. Структурная схема усилителя с обратной связью

Обратная связь может быть внутренней (она проявляется в усилителе из-за физических свойств усилительных элементов), паразитной (из-за образования паразитных емкостных и индуктивных связей между выходной и входной цепями) и искусственной (ее создают специально). Внутренняя и паразитная ОС являются нежелательными, и их пытаются устранить. Искусственную ОС применяют с целью уменьшения нелинейных искажений и стабилизации положения начальной рабочей точки. Для этого с помощью обратной связи на вход подают напряжение точно в противофазе с ЭДС источника сигнала. Такую ОС называют отрицательной. Если напряжение обратной связи подать точно совпадающим по фазе с ЭДС источника сигнала, то сигнал на входе увеличится. Такую ОС называют положительной. Ее используют, например, в автогенераторах для поддержания автоколебаний. В зависимости от того, каким образом цепь ОС присоединена к выходу и входу усилителя, различают: обратную связь по напряжению – цепь ОС соединенная с выходом схемы параллельно нагрузке так, что напряжение ОС пропорциональ-но напряжению на нагрузке усилителя (рис. 2.7, а); обратную связь по току – цепь ОС соединенная с выходом схемы последовательно с нагрузкой так, что напряжение ОС пропор-ционально току в нагрузке (рис. 2.7, б); обратную связь последовательную – цепь ОС со стороны входа соединена последовательно с источником сигнала (рис. 2.7, в); обратную связь парал-лельную – цепь ОС со стороны входа соединена параллельно с источником сигнала (рис. 2.7, г). Бывают также комбинированные (смешанные) обратные связи: ОС одновременно по току и напряжению, ОС одновременно последовательная и параллельная.

Рис. 2.7. Обратная связь в усилителе по напряжению, по току, последовательная и параллельная

Обратную связь называют частотно-независимой, если отношение напряжений на выходе и входе цепи ОС не зависит от частоты (цепь ОС не содержит индуктивностей и емкостей). В противном случае ОС называют частотно-зависимой. Если между напряжением ОС и ЭДС источника сигнала сдвиг фаз отличается от 0 и от 180°, то ОС называют комплексной. Замкнутый контур, образуемый цепью обратной связи и частью схемы усилителя, к которой эта цепь присоединена, называется цепью обратной связи.

Рассмотрим, как влияет отрицательная ОС на основные показатели усилителя и в первую очередь на коэффициент усиления. Пусть имеется последовательная ОС по напряжению (рис. 2.7, а, в). Для простоты все величины считаем действительными. Напряжение ОС, подаваемое во входную цепь усилителя,

(2.15)

Это напряжение вычитается из входного напряжения, поэтому

, (2.16)

или

.

Если ОС отсутствует, то и коэффициент усиления усилителя

(2.17)

При наличии отрицательной ОС с учетом (2.16)

(2.18)

Из (2.17) и (2.18) следует, что при наличии ОС коэффициент усиления усилителя

(2.19)

Следовательно, отрицательная ОС снижает коэффициент усиления в 1+βK раз. Величина βK характеризует усиление цепи обратной связи. Сумму 1+βK называют глубиной отрицательной ОС. Если при отрицательной ОС >>1, то такую связь называют глубокой отрицательной ОС. При глубокой отрицательной ОС в знаменателе выражения (2.19) единицей по сравнению с βK можно пренебречь, тогда

, (2.20)

т.е. KOC определяется только коэффициентом передачи обратной связи β и не зависит от коэффициента усиления усилителя без обратной связи K.

Все сказанное справедливо не только для последовательной ОС по напряжению, но и для всех других видов отрицательной ОС.

Введение отрицательной ОС повышает стабильность коэффициента усиления усилителя при изменении режима усилительного элемента, частоты, амплитуды сигнала и др. При этом изменение К вызывает изменение KOC, в 1+βK раз меньшее, а при глубокой отрицательной ОС почти совсем не зависит от K, что следует из уравнения, которое можно получить, если продифференцировать (2.19) по K:

(2.21)

Отрицательная ОС позволяет расширить полосу пропускания, снижает уровень нелинейных искажений, фон и шумы, возникающие внутри усилителя. В зависимости от типа отрицательной ОС можно уменьшать или увеличивать входное и выходное сопротивления. Так, введение отрицательной последовательной ОС по напряжению увеличивает входное и уменьшает выходное сопротивление усилителя, что в ряде случаев значительно улучшает его показатели. Поэтому, несмотря на снижение коэффициента усиления при введении отрицательной обратной связи, ее широко используют в усилителях различного назначения.

Отметим, что при положительной ОС коэффициент усиления увеличивается. Проведя рассуждения, подобные проделанным для отрицательной ОС, получаем

, (2.22)

откуда следует, что положительная ОС увеличивает коэффициент усиления усилителя в 1-βK раз. Разность 1-βK называют глубиной положительной ОС. Если , то , т.е. усилитель самовозбуждается и начинает работать как генератор.

• Назад
• Вперёд