Усилители с обратной связью

Обратная связь осуществляется подачей на вход усилителя сигнала с его выхода. Структурная схема усилителя с обратной связью показана на рис. 4.10. Звено обратной связи характеризуется коэффициентом передачи ŵ, показывающим связь параметра (напряжения, тока) выходного сигнала этого звена с параметром (напряжением, током) выходной цепи усилителя. Коэффициент усиления усилителя Ķ и коэффициент передачи цепи обратной связи (ОС) ŵ показаны на рис. 4.10 в виде комплексных значений с целью учета возможного фазового сдвига, возникающего на низких и высоких частотах из-за наличия в схеме усилителя и в цепи ОС реактивных элементов. Если анализируется работа усилителя в области средних частот и в цепи ОС отсутствуют реактивные элементы, то можно использовать действительные значения коэффициентов K и w.

Различают четыре основных вида обратной связи:

- последовательная обратная связь по напряжению;

- последовательная обратная связь по току;

- параллельная обратная связь по напряжению;

- параллельная обратная связь по току.

Обратная связь по напряжению реализуется путем измерения выходного напряжения и подачей некоторой его части на вход. Обратная связь по току реализуется путем измерения выходного тока и подачей некоторой его части на вход.

Последовательная обратная связь реализуется путем суммирования на входе усилителя напряжения входного сигнала и напряжения, пропорционального выходному напряжению или току. Параллельная обратная связь реализуется путем суммирования на входе усилителя тока входного сигнала и тока, пропорционального выходному напряжению или току.

Обратную связь называют положительной, если результат ее воздействия приводит к увеличению сигнала на входе и, следовательно, на выходе. Если результат воздействия обратной связи приводит к уменьшению сигнала на входе и выходе, то обратную связь называют отрицательной. Отрицательная обратная связь позволяет улучшить некоторые показатели усилителя, поэтому она нашла наибольшее применение.

Коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью, в области средних частот можно определить по формуле

. (4.5)

Знак "-" в выражении (4.5) соответствует положительной обратной связи, а знак «+» - отрицательной. Таким образом, коэффициент усиления усилителя, охваченного положительной обратной связью, больше коэффициента усиления самого усилителя, а коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, меньше коэффициента усиления самого усилителя.

Положительная обратная связь может привести к самовозбуждению усилителя, когда на выходе усилителя появляется сигнал, состоящий из спектра частот независимо от сигнала на входе. Такой режим работы возникает, если выполняется неравенство |K_U w| ³ 1. Это свойство положительной обратной связи используется при построении генераторов напряжения.

Отрицательная обратная связь приводит к стабилизации параметров усилителя, охваченного обратной связью. Относительное изменение коэффициента усиления усилителя с отрицательной обратной связью в 1+ K_U w раз меньше относительного изменения коэффициента усиления усилителя без обратной связи. При большом коэффициенте усиления K_U и большой глубине обратной связи (1+ K_U w) удается практически полностью исключить зависимость коэффициента усиления усилителя от изменения его параметров. При этом единицей в знаменателе выражения (4.5) можно пренебречь и коэффициент усиления усилителя будет определяться только коэффициентом передачи цепи обратной связи w:

K_{U ос} » 1/w,

т. е. практически не будет зависеть от K_U и возможных его изменений.

С помощью отрицательных обратных связей, охватывающих отдельные каскады усилителя, решают задачу уменьшения нелинейных искажений выходного сигнала, а также ослабления влияния помех в усилителе.

Обратные связи оказывают влияние и на входное и выходное сопротивления усилителя. Результат этого влияния зависит от вида обратной связи. На входное сопротивление влияет способ подачи сигнала обратной связи на вход усилителя (параллельная или последовательная обратная связь). На выходное сопротивление влияет тип сигнала, снимаемого с выхода усилителя (напряжение или ток).

Введение последовательной отрицательной обратной связи позволяет увеличить входное сопротивление усилителя в 1+ K_U w раз. Введение параллельной отрицательной обратной связи уменьшает входное сопротивление усилителя в 1+ K_U w раз. Отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя в1+ K_U w раз, а отрицательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление усилителя в1+ K_U w раз.

4.8 Каскады усиления мощности

Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается нагрузка. Поэтому при анализе усилителей мощности основное внимание уделяется энергетическим показателям.

Рассмотренные ранее усилители обеспечивают усиление относительно небольших мощностей. И при проектировании таких усилителей вопросы повышения КПД и вообще энергетических показателей не являются первостепенными. Однако если усилитель служит для питания, к примеру, маломощных двигателей постоянного тока, то высокое значение КПД позволяет снизить потери энергии источника питания, уменьшить нагрев приборов и т.д.

Схемы каскадов усиления мощности отличаются большим разнообразием и могут выполняться как на биполярных, так и на полевых транзисторах, включенных по схеме ОБ, ОЭ (ОИ) или ОК (ОС). По способу подключения нагрузки и связи между каскадами каскады усиления мощности могут быть трансформаторными и бестрансформаторными.

Каскады усиления мощности отличаются от рассмотренных схем не только структурой, но и особенностями расчетов.