обратная связь в усилителях

Для изменения параметров усилителя широко используются обратные связи.

Обратной связью (ОС) называется такая связь между выходом и входом усилителя, при которой часть энергии полезного усиленного сигнала с его выхода подается на вход.

Структурная схема усили­теля с последовательной

обратной связью по напряжению.

Различают положительную и отрица­тельную обратные связи.

В усилителе с отрицательной обратной связью входное напряжение определяется как разность между напряжением сигнала и напряжением обрат­ной связи: .

Необходимо иметь в виду, что это выражение всегда справедливо для постоянного напряжения. Для действующего значения синусоидального сиг­нала равенство сохраняется только при условии, что напряжения сигнала и обратной связи находятся в противофазе (в случае положительной обратной связи — в фазе).

Положительную обратную связь, как правило, применяют в генера­торных каскадах. В усилителях положительная об­ратная связь обычно является паразитной, а отри­цательная применяется довольно часто.

При нали­чии отрицательной обратной связи выходной сигнал та­ким образом влияет на входной, что входной сигнал уменьшается и это приводит к уменьшению выходного сигнала.

Когда в 1928 г. была предпринята попытка запатенто­вать отрицательную обратную связь, то эксперты не уви­дели ее полезности и дали отрицательный ответ. И дей­ствительно, на первый взгляд, отрицательная обратная связь только уменьшает коэффициент усиления усилите­ля. Однако, как это часто бывает в технике вообще и в электронике в частности, один недостаток того или ино­го решения может значительно перевешиваться его дос­тоинствами.

Напряжение обратной связи составляет часть выходного напряжения , формируется цепью обратной связи и по­дается на вход усилителя вместе с напряжением сиг­нала . В простейшем случае цепь обратной связи может быть выпол­нена в виде делителя напряжения. Обратная связь характеризуется коэффициентом обратной связи:

.

Найдем выражение для коэффициента усиления усилителя, охваченного обратной связью:

Так как ;

;

,

то .

Отсюда .

Тогда ,

где K – коэффициент усиления усилителя, не охваченного обратной связью.

Окончательно получаем: .

Анализ последнего выражения показывает, что при отрицательной обратной связи всегда меньше K. В таком случае повышается стабильность работы усилителя.

Физическая сущность стабилизации коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, состоит в том, что при увеличении K увеличивается напряжение обратной связи и входное напряжение падает. В то же время при уменьшении K входное напряжение увеличивается, т.е. отрицательная обратная связь автоматически поддерживает стабильность работы усилителя.

Введение обратной связи ведет к изменению коэффициента усилителя. При отрицательной обратной связи коэффициент усиления уменьшается, но полоса пропускания расширяется, что часто является целью введения обратной связи. Необходимый коэффициент усиления при этом может быть достигнут последовательным соединением нескольких каскадов усилителя.

Отрицательная обратная связь, хотя и уменьшает коэффициент усиления, но положительно влияет на многие параметры и характеристики усилителя: уменьшаются искажения сигнала, в значительно большем диапазоне частот коэффициент усиления оказывается не зависящим от частоты и т.д.

Иногда обратные связи возникают самопроизвольно за счет паразитных емкостей, внутренних сопротивлений источников питания и т.п. Такие связи являются паразитными. Их влияние в большинстве случаев отрицательно сказывается на работе усилителя.

Обратную связь можно применять специально для повышения стабильности в работе усилителя, и тогда она является полезной.

При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки. С этой целью в эмиттерную цепь введен резистор R_э, на котором создается напряжение отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току . Для устранения ООС по переменному току при наличии входного переменного сигнала резистор R_э шунтируют конденсатором С_э, сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.