Обратные связи в усилителях. Под обратной связью понимается передача информации с выхода устройства или системы на его или ее вход

Под обратной связью понимается передача информации с выхода устройства или системы на его или ее вход. В электронных устройствах, в частности, в усилителе она используется для улучшения его показателей или придания ему новых свойств. На рис.2.19 представлена структурная схема усилителя с обратной связью. Усилитель характеризуется комплексным коэффициентом усиления напряжения _u, а цепь обратной связи – комплексным коэффициентом передачи напряжения _u.

Рис.2.19. Структурная схема усилителя с обратной связью

Как видно из рис.2.19, на входе усилителя происходит суммирование входного сигнала (напряжения ) и сигнала (напряжения _ос), поступившего по обратной связи. Поэтому для напряжения на входе усилителя можно записать

= + . (2.20)

Если левую и правую части соотношения (2.20) разделить на (напряжение на выходе усилителя), то нетрудно получить

= + , (2.21)

где _u = - коэффициент усиления собственно усилителя;

_uос = - коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью;

= - коэффициент передачи напряжения.

Откуда _uос = . (2.22)

Из соотношения (2.22) следует, что наличие обратной связи в усилителе может оказать существенное влияние на величину коэффициента усиления. Это влияние зависит от условий суммирования входного напряжения и напряжения обратной связи на входе усилителя. Наиболее интересны два случая: когда суммирование напряжений происходит в фазе и противофазе. В первом случае, при положительной обратной связи, на входе усилителя напряжения складываются. Во втором случае, отрицательной обратной связи, они вычитаются. Для упрощения анализа этих случаев целесообразно соотношение (2.22) записать для модулей коэффициентов и . Тогда

Случай, когда 1 > К_uχ_u > 0, соответствует положительной обратной связи, при которой коэффициент усиления становится больше коэффициента усиления собственно усилителя. Случай, когда К_uχ_u < 0, соответствует отрицательной обратной связи, при которой коэффициент усиления становится меньше коэффициента усиления усилителя без обратной связи.

Отрицательная обратная связь часто вводится в схему усилителя для достижения стабильности коэффициента усиления (при уменьшении его величины). В этом можно убедиться, продифференцировав соотношение (2.23) при изменении знака в знаменателе, т.е. записанного для случая отрицательной обратной связи

d К_uос = = .

Деление этого соотношения на K_uoc, записанного для случая отрицательной обратной связи, дает выражение для относительных изменений коэффициентов усиления

= ∙ . (2.24)

Откуда следует, что относительное изменение коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, обусловленное нестабильностью электрического режима его работы, в (1 + К_uχ_u) раз меньше относительного изменения коэффициента усиления усилителя без такой связи.

Из соотношения (2.24) в частности следует, что отрицательная обратная связь повышает стабильность выходного напряжения усилителя при неизменной величине входного напряжения, но при действии внешних дестабилизирующих факторов. Одним из таких факторов является изменение тока в нагрузке, связанное с изменением ее сопротивления. Согласно закону Ома стабилизация выходного напряжения в этом случае обеспечивается тем, что при охвате усилителя отрицательной обратной связью его выходное сопротивление уменьшается в (1 + К_uχ_u) раз. Таким образом, величина выходного сопротивления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью

R_{вых ОС}= , (2.25)

где R_вых – выходное сопротивление собственно усилителя.

Необходимо отметить, что отрицательная обратная связь используется в схеме усилительного каскада на рис.2.2 для температурной стабилизации положения точки покоя на выходной характеристике транзистора. Действительно, при наличии резистора R повышение температуры транзистора приводит к уменьшению величины базового тока, в результате чего происходит смещение точки покоя в направлении, противоположном тому, которое получается при повышении температуры (см. разд. 2.5).