Обратная связь

Обратной связью называют связь между цепями усилителя, посредством которой усиливаемый сигнал передается в направлении, обратном нормальному, т. е. не из предыдущих каскадов и цепей в последующие, а, наоборот, от конца усилителя к его началу (рис. 2.2.1).

Рис. 2.2.1. Усилитель с обратной связью. Схема электрическая структурная.

Обратная связь может появиться в усилителе по трем причинам:

1) из-за физических свойств и устройства усилительных элементов, (внутренняя обратная связь);

2) из-за введения в схему специальных цепей (внешняя обратная связь);

3) вследствие паразитных емкостных, индуктивных и других связей, создающих пути для обратной передачи сигнала (паразитные обратные связи).

Все виды обратной связи (рис. 2.2.2) могут очень сильно изменять свойства усилителя. Как внутренними, так и паразитными связями нельзя управлять, и они нередко изменяют свойства усилителя в нежелательном направлении, например, приводят к самовозбуждению усилителя. Внешняя же обратная связь - легко управляема, и ее вводят для улучшения свойств усилителя: повышения стабильности коэффициента усиления, снижения искажений всех видов, уменьшения собственных помех и т.д.

Рис. 2.2.2. Виды обратной связи:

а - однопетлевая; б - двухпетлевая с независимыми петлями; в - многопетлевая с местной петлей.

Замкнутый контур, образуемый щелью обратной связи и частью схемы усилителя, к которой эта цепь присоединена, называют петлей обратной связи. Если в усилителе имеется только одна петля обратной связи, связь называют однопетлевой или одноканальной (рис.2.2.2, а), если петель несколько, обратную связь называют многопетлевой или многоканальной (рис.2.2.2, б и в). Связь, охватывающую один каскад усилителя, нередко называют местной обратной связью (рис. 2.2.2, в).

Цепь обратной связи (ОС) можно присоединить к входу и выходу схемы разными способами. Если цепь ОС присоединить к выходу схемы параллельно нагрузке, то напряжение обратной связи будет пропорционально напряжению на нагрузке; такую обратную связь называют обратной связью по напряжению (рис. 2.2.3, а). Если же цепь обратной связи присоединить к выходу устройства последовательно с нагрузкой, напряжение ОС связи будет пропорционально току в нагрузке, и обратную связь называют обратной связью по току (рис. 2.2.3, б). Если в схеме осуществлена комбинация обоих способов (рис. 2.2.3, в), связь называют комбинированной по выходу или смешанной по выходу обратной связью.

Рис. 2.2.3. Простейшие способы снятия обратной связи: а – по напряжению; б – по току; в – смешенная по выходу.

Ко входу устройства цепь обратной связи также можно подключить тремя способами: последовательно с источником сигнала (рис. 2.2.4, а), параллельно ему (рис. 2.2.4, б) и смешанным способом (рис. 2.2.4, в); в первом случае связь называют последовательной обратной связью, во втором - параллельной обратной связью и в последнем - комбинированной по входу или смешанной по входу обратной связью.

Обратную связь называют положительной, если ее (напряжение находится точно в фазе с ЭДС источника сигнала, подводимой ко входу устройства, и складывается с последней, увеличивая таким образом напряжение сигнала на входе. Если же напряжение обратной связи находится точно в противофазе с ЭДС источника сигнала, а, следовательно, вычитается из нее, уменьшая сигнал на входе, обратную связь называют отрицательной. При сдвиге фаз между напряжением обратной связи и ЭДС источника сигнала, отличающимся от 0° и от 180°, обратную связь называют комплексной.

Для обобщенной структурной схемы усилителя с положительной обратной связью (рис.2.2.1) можно записать:

;

,

где - коэффициент передачи цепи обратной связи. Отсюда

. (2.2.1)

Полученное выражение показывает, что введение в усилитель положительной обратной связи увеличивает коэффициент усиления. Если достигает значения , то знаменатель в (2.2.1) обращается в ноль, что физически соответствует получению бесконечного коэффициента усиления. При дальнейшем увеличении , становится отрицательным, а передаточная характеристика при этом перестает быть однозначной.

Для отрицательной обратной связи (ООС)

,

тогда

. (2.2.2)

Введение ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя.

Рис. 2.2.4. Простейшие способы введения обратной связи: последовательная (а), параллельная (б), смешанная по входу (в).

Если отношение напряжения на выходе цепи обратной связи к напряжению на ее входе от частоты не зависит (цепь обратной связи не содержит индуктивностей и емкостей), обратную связь называют частотно-независимой, если же указанное отношение напряжений от частоты зависит, связь называют частотно-зависимой.