2. Обратная связь

Обратной называется связь, при которой происходит передача сигнала (напряжения, тока) из выходной цепи усилителя во входную (рис. 3.3). В усилительных устройствах обратная связь (ОС) используется для уменьшения искажений и повышения стабильности усиления и режима работы усилительных элементов. Как видно (рис. 3.3), в узле 1 вкладываются сигналы (напряжения и токи), поступающие от источника сигнала и с выхода усилителя. Если фазы этих сигналов совпадают, то общая их амплитуда возрастает по сравнению с амплитудой входного сигнала как в узле 1, так и в узле 2 - в этом проявляется влияние положительной ОС. При противоположной фазе поступающего с выхода на вход сигнала имеет место отрицательная ОС, вносящая ослабление. В современных усилительных устройствах, как правило, используют этот вид ОС.

Рисунок 3.4 Общая структурная схема усилительного устройства с обратной связью

Обратную связь принято называть частотно-независимой, если сопротивление или коэффициент передачи напряжения (тока) цепи ОС не зависит от частоты, в отличие от частотно-зависимой ОС, не обладающей этим свойством.

Если цепь (элемент) ОС является неотъемлемой частью усилителя, то такая ОС называется внутренней. Вместе с тем отмечают местную ОС (МОС) от общей. Под первой понимают ОС, охватывающую один каскад усилителя, а под второй - ОС, охватывающую весь усилитель или несколько каскадов.

2. Операционный усилитель к140уд1б

Операционный усилитель К140УД1Б (рис. 3.4.) является наиболее простым из всех существующих подобных устройств. Первый каскад состоит из дифференциальной транзисторной пары VT1, VT3, которая питается от генератора тока на транзисторе VT2. Температурная стабилизация тока осуществляется транзистором VT5. Второй каскад на транзисторах VT4 и VT6 гальванически связан с выходами первого. На выходе усилителя стоят два эмиттерных повторителя (VT8 и VT10), а транзистор VT9 осуществляет сдвиг уровня постоянного напряжения на выходе. Операционный усилитель требует внешних корректирующих цепей, устраняющих самовозбуждение на частотах 2-10 МГц. Из всех существующих интегральных микросхем ОУ К140УД1Б имеет относительно низкий уровень шума.

Вывода микросхемы К140УД1Б имеют следующие назначения:

10, 9 –входа сигналов;

1 –- источника питания;

7 –+ источника питания;

3, 2, 12 –коррекция

5 –выход сигнала.

Рисунок 3.5 Принципиальная схема ОУ К140УД1Б

На рис. 3.5 приведена амплитудная характеристика ОУ. Поскольку реальный ОУ обладает конечным коэффициентом усиления, график зависимости выходного напряжения от входного не представляет собой вертикальную прямую линию, а имеет наклон, определяемый коэффициентом усиления.

Амплитудная характеристика не проходит через начало координат, а сдвинута на напряжение, равное входному напряжению смещения U_см. Напряжение смещения–значение постоянного напряжения на входе ОУ, при котором выходное напряжение равно нулю.

Рисунок 3.6 Амплитудная характеристика операционного усилителя

Коэффициент усиления ОУ является функцией частоты и с увеличением частоты падает. Частотная и фазовая характеристики ОУ складываются из частотных и фазовых характеристик отдельных каскадов, работающих при различных токах и нагрузках. Каждый каскад вносит фазовый сдвиг 90 ⁰, поэтому общий фазовый сдвиг зависит от количества каскадов. Если учесть, что на выходе ОУ имеется запланированный сдвиг фазы 180⁰, то на некоторой частоте суммарный сдвиг фаз в усилителе, замкнутом отрицательной обратной связью (ООС), достигает 360⁰. Если на этой частоте произведение коэффициента усиления разомкнутого усилителя на ослабление элементов ООС равно или превышает единицу, то это вызывает самовозбуждение схемы.

Устранение возбуждения ОУ достигается коррекцией частотной характеристики. Для этого вводят отрицательные обратные связи, которые снижают коэффициент усиления ОУ на высоких частотах; фазовый сдвиг на частоте единичного усиления не должен превышать 360 ⁰для инвертирующего входа усилителя.

Частотные и фазовые характеристики операционного усилителя К140УД1Б приведены на рис. 3.6. и рис. 3.7..

Рисунок 3.7 Частотная характеристика ОУ К140УД1Б

Рисунок 3.8 Фазовая характеристика ОУ К140УД1Б