III.3. Влияние обратной связи на свойства усилителя.

Составив и решив уравнения Кирхгофа для схем, изображённых на рис.3.2,

и учитывая выражения (3.1) ¸ (3.4), получим:

· для положительной ОС (рис.3.2а):

К_СВ = U_ВЫХ / (U_ВХ – U_СВ) = К / (1 – b×К) …….. (3.7).

· для отрицательной ОС (рис.32б):

К_СВ = U_ВЫХ / (U_ВХ + U_СВ) = К / (1+ b×К) ……… (3.8).

Эти уравнения показывают, что положительная ОС при 0 < bК< 1 увеличивает коэффициент усиления усилителя, а отрицательная ОС при любой величине bК уменьшает коэффициент усиления в 1 + bК раз. Произведение bК представляет собой коэффициент усиления вдоль петли ОС, поэтому его называют петлевым усилением; величину 1 + bК называют глубиной ОС.

Можно показать, что напряжение помех и коэффициент гармоник усилителя, охваченного отрицательной ОС, оказывается меньше напряжения помех и коэффициента гармоник того же усилителя при той же выходной мощности без ОС. Следовательно, ООС уменьшает вносимые усилителем помехи и его нелинейные искажения в (1 + bК) раз.

Положительная ОС влияет на помехи и искажения обратным образом: из выражения (3.5) следует, что положительная ОС увеличивает усиление лишь при 0 < bК < 1; при bК= 1 коэффициент усиления устройства становится бесконечно велик, что фактически соответствует самовозбуждению устройства. При bК ³1 усилитель с ПОС превращается в генератор незатухающих колебаний, который уже не может усиливать подводимые к нему электрические сигналы; поэтому самовозбуждение усилителя в условиях эксплуатации недопустимо. При 0 < bК < 1 ПОС увеличивает, кроме усиления, помехи, искажения и коэффициент гармоник.

Вследствие снижения отрицательной ОС внутренних помех усилителя, фона и нелинейных искажений её широко используют в мощных усилителях, работающих в режиме В. Применение ООС позволяет получить высококачественное усиление с большим динамическим диапазоном и малыми нелинейными искажениями при высоком КПД усилителя. Правда, снижение усиления, вызываемое её введением, заставляет повышать усиление предварительного усилителя, в состав которого вводят для этой цели дополнительный каскад. Однако стоимость такого дополнительного каскада ничтожна по сравнению с экономией, которая получается из-за уменьшения стоимости всего устройства и улучшения его показателей.

При эксплуатации усилительных устройств их коэффициент усиления изменяется вследствие ряда дестабилизирующих факторов: изменение напряжения источников питания, изменение температуры окружающей среды, влажности, старение компонентов усилителя и самого УЭ и т. д.

Уменьшить изменения коэффициента усиления можно стабилизацией напряжения питания и температуры окружающей среды, однако это дорого и сложно, а в ряде случаев даже эти меры не позволяют получить нужного постоянства коэффициента усиления. Введение в усилитель ООС уменьшает изменение коэффициента усиления или, что то же самое, увеличивает стабильность коэффициента усиления во столько же раз, во сколько снижается сам коэффициент усиления. Поэтому ООС используют в усилителях, коэффициент усиления которых должен мало изменяться в рабочих условиях, например, в усилителях измерительных приборов, усилителях дальней связи и т.п.

При введении ООС для стабилизации коэффициента усиления ею необходимо охватывать все каскады, так как усиление каждого из них может изменяться. При использовании ООС для снижения коэффициента гармоник усилителя иногда достаточно охватить обратной связью лишь оконечный каскад, так как именно он вносит основные нелинейные искажения.

Рассмотренные свойства ООС (уменьшение усиления, помех и нелинейных искажений, повышение стабильности усиления усилителя и др.) являются общими для всех способов снятия ОС с выхода усилителя и введения её во входную цепь. Влияние же ОС на входное и выходное сопротивления усилителя зависит от способа её снятия и введения.

Влияние ООС на входное сопротивление усилителя зависит от способа её подачи во входную цепь.