2.4. Усилители с обратными связями
2.4.1. Виды обратных связей
Обратной связью называется воздействие выходного сигнала усилителя на его вход.
Существует отрицательная обратная связь (ООС) и положительная (ПОC).
При ООС напряжение обратной связи вводится на вход усилителя в противофазе со входным напряжением, а при ПОС – в фазе с ним.
Введем следующие величины и параметры, характеризующие усилитель с обратной связью (ОС):
– коэффициент
усиления по напряжению усилителя без
цепи ОС.
– коэффициент
обратной передачи напряжения или
возвратное отношение.
– петлевой
коэффициент усиления; (фактор ОС).
– глубина
ОС.
– часть
выходного напряжения, вводимого цепью
ОС на вход усилителя.
– входное
напряжение усилителя с цепью ОС.
Усилитель
с цепью ОС усиливает сигнал
,
равный сумме входного
и добавленного цепью ОС
:
.
Тогда коэффициент усиления усилителя с цепью ОС.
, (54)
где
,
т. е.
Анализируя
(54), легко понять, что выражение
характеризует ПОС, при которой
.
Напротив, при ООС
,
а формула (54) приобретает вид (55):
(55)
тогда
.
Заметим,
что при
ПОС приводит к самовозбуждению усилителя,
превращая его в генератор колебаний,
так как в этом случае
(см. формулу 54).
В зависимости от способа подачи сигнала обратной связи на вход усилителя применяются следующие виды ОС:
1. Непосредственная параллельная и последовательная ПОС, превращая усилитель в двухполюсник.
2. Параллельная и последовательная ООС по напряжению.
3. Параллельная и последовательная ООС по току.
Можно показать, что обе ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя, а ООС по току – его увеличивает.
Что касается входного сопротивления, то обе параллельные ООС его уменьшают, а последовательные – увеличивают.
(56)
где
и
т.д. – параллельные соединения
соответствующих резисторов.
Наибольшее применение в усилительной технике находит ООС (по сравнению с ПОС), действие которой сводится к следующему:
1.
Уменьшается общий коэффициент усиления
усилителя;
2. Повышается стабильность усиления при изменении температуры и режима транзистора;
3. Снижается уровень нелинейных искажений;
4. Изменяются входные и выходные сопротивления.
2.4.2. Усилители напряжения, тока и мощности
Ранее упоминалось, что электронные усилители подразделяются на усилители напряжения, тока и мощности, хотя все они по существу являются усилителями мощности, а соответствующее название определяется по наибольшей выраженности в нагрузке той или иной электрической величины: напряжения, тока или мощности.
В
курсе электронных усилителей показано,
что максимальная отдача мощности в
нагрузке достигается при условии
согласования входной и выходной цепей
усилителя с сопротивлениями источника
сигнала (генератора –
)
и нагрузки (
)
соответственно, т. е. равенству этих
сопротивлений:
.
При этих условиях коэффициент усиления по мощности усилителя определяется формулой (57), в которой входные и выходные параметры соответствуют функциональной схеме усилителя в общем виде (рис. 89).
Рис. 89. Входные и выходные параметры усилителя
(57)
Однако, в реальных случаях сопротивления генератора и нагрузки существенно отличаются от соответствующих входного и выходного сопротивлений усилителя, что не позволяет получить высокий КПД.
В инженерной практике существенное значение имеет КПД выходной цепи, равный отношению выходной мощности усиливаемого сигнала к потребляемой от источника питания мощности Р0.
(58)
При этом основой характеристикой усилителя считается выходная (отдаваемая в нагрузку) мощность.
(59)
Выражение (58) является определяющим при классификации усилителей напряжения и мощности, в соответствии с чем усилителями мощности называются такие, у которых выходная мощность сигнала сравнима с мощностью, потребляемой от источника питания. Практически усилители с КПД более 50 % считаются усилителями мощности, а менее 50 % – усилителями напряжения.
В предыдущих лекциях обращалось внимание на усилители классов А, В и С, отличающихся друг от друга положением рабочей точки (РТ) на нагрузочной прямой (НП). Ограничившись усилителями классов А и В, покажем, что в режиме класса А КПД усилителя не может быть более 50 % , а в режиме В максимальный КПД = 78,5 % а также дадим практические критерии, позволяющие отличить усилители напряжения, тока мощности.