4.2. Характеристики усилителей с ос

Влияние любого типа ОС на усиление можно определить при помощи универсального отношения для коэффициентов усиления по э.д.с. в отсутствие ОС K_E(jω) и при ее наличии K_Eос(jω):

.

Для определения величины β (3-*) через параметры конкретных схем также можно пользоваться универсальным приемом. Источник входного сигнала заменяют эквивалентным генератором, вычисляют его сопротивление и в реальной схеме заменяют этим сопротивлением предшествующие данному усилителю цепи. Затем к выходной цепи усилителя, охваченного ОС, мысленно прикладывают внешнее напряжение U_вых(jω) или вводят в нее ток I_вых(jω) и вычисляют, какое напряжение ∆U_вх(jω) появляется на входных зажимах собственно усилителя (рис. 4.*). В области СЧ, принебрегая емкостным сопротивлением конденсатора C_г, получаем:

.

Рис. 4.*. Пример усилителя с ОС: принципиальная схема (а) и определение коэффициента β (б).

Изменение входного и выхдного сопротивлений усилителя при введении ОС в общем случае зависит не только от параметров цепи ОС, но также от сопротивления источника сигнала и нагрузки соответственно. Целесообразно для узлов, в которых цепь ОС соединяется с зажимами усилителя параллельно, рассматривать суммарную проводимость (Y_г+Y_вх для рис. 4.*,а и в и Y_н+Y_вых для рис. 4.*,а и б), а для контуров, в которых цепь ОС соединяется последовательно с зажимами усилителя, – суммарное сопротивление (Z_г+Z_вх для рис. 4.*,б и г и Z_н+Z_вых для рис. 4.*,в и г). Тогда, обобщая обозначения проводимости Y и сопротивления Z символом иммитанса W, можно записать универсальное соотношение для суммарных иммитансов входной (выходной) цепи при наличии ОС (W_г(н)+W_вх(вых)):

,

откуда

.

Если иммитанс источника сигнала или нагрузки мал по сравнению с соответствующим иммитансом усилителя, например Z_г<<Z_вх в схемах типа рис. 4.*,б,г, как это часто бывает в усилителях с полевыми транзисторами, то соотношение (4-*) упрощается:

.

В частном случае распространенной параллельной схемы ОС по напряжению с одной ветвью (см. рис. 4.*) из выражения входной проводимости усилителя удается исключить проводимость источника сигнала:

.

Формулы (4-*) – (4-*) одинаково применимы как для ООС, так и для ПОС.

В общем случае коэффициенты K(jω) и β(jω), прооизведение которых определяет величину γ(jω), зависят от частоты и являются комплексными величинами. Поэтому одна и та же цепь может создавать на одних частотах ООС, а на других – ПОС. Соответствующим выбором схемы и ее элементов можно обеспечить практически вещественные значения коэффициентов K и β в достаточно широкой полосе частот. Если при этом ОС получается отрицательной, то произведение Kβ>0 и вместо формул (4-*) – (4-*) получаем:

;

;

,

а для схемы на рис. 4.*

,

т.е. ООС имеет глубину больше единицы, уменьшает коэффициент усиления по напряжению, увеличивает входной и выходной иммитансы, соответствующие способу соединения цепи ОС с данными зажимами усилителя.

Приближенно считают, что коэффициенты нелинейных K_г и частотных (M_н−1; M_в−1) искажений, фазовый сдвиг φ, а также уровень фона уменьшаются ООС в γ раз. Примерно во столько же раз улучшается стабильность коэффициента усидения и других параметров усилителя при изменении питающих напряжений или параметров отдельных элементов схемы, в том числе транзисторов. В действительности этот выигрыш сохраняется только в условиях, когда соответствующие искажения в самом усилителе невелики, в частности в полсе частот, в которой малы фазовые сдвиги. Таким образом, ООС уместно применять для качественных показателей усилителей, которые спроектированы достаточно тщательно (стр.*-*).