6.3.2. Влияние последовательной отрицательной ос по напряжению на входное и выходное сопротивления усилителя

Входное сопротивление усилителя в основном зависит от способа подачи напряжения отрицательной ОС во входную цепь и не зависит от того, каким образом это напряжение снимается с выхода усилителя. Входное сопротивление усилителя с ОС (см. рис. 6.13) равно:

R_{вх ос}=U_вх/I_{вх ос}.

Напряжение на входных зажимах усилителя при отрицательной ОС:

U_вх=U*_вх+U_ос; (6.1)

U_ос=U*_вхβK; (6.2)

U*_вх=I_{вх ос} R_вх. (6.3)

Подставим выражения (6.2) и (6.3) в выражение (6.1), получим:

U_вх=I_{вх ос} R_вх(1 +βK);

R_вхос =R_вх(1 +βK). (6.4)

Из выражения (6.4) видно, что введение последовательной отрицательной ОС эквивалентно включению последовательно со входным сопротивлением усилителя дополнительного сопротивления (R_вхβK).

Таким образом, применение последовательной отрицательной ОС позволяет при больших значениях петлевого усиления (βK) получать достаточно высокое (десятки мегаом) входное сопротивление.

Выходное сопротивлениеусилителя в отличие от его входного зависит от того, как снимается напряжение ОС (пропорционально выходному напряжению или пропорционально выходному току), но не зависит от способа подачи напряжения ОС во входную цепь.

Выходное сопротивление усилителя с отрицательной ОС по напряжению равно:

R_{вх ос}=R_вых/ (1 + βK).

То есть при введении этого вида ОС выходное сопротивление уменьшается в (1 + βK) раз, что позволяет реализовать усилитель с малым (единицы ом) выходным сопротивлением, приближая его выходную цепь к идеальному источнику напряжения, выходной сигнал которого мало изменяется при различных сопротивлениях нагрузки.

6.3.3. Влияние отрицательной ос на нелинейные искажения и помехи

Вследствие нелинейных искажений в выходном сигнале каскада появляется ряд высших гармоник. Тогда при введении отрицательной ОС напряжение U_ос также содержит ряд высших гармоник. Но так как напряжение U_ос подается на вход усилителя в противофазе с входным сигналом (U_вх), то напряжение на выходе усилителя, вызванное напряжением ОС, будет также в противофазе с выходным напряжением каскада. В результате, это уменьшит амплитуды высших гармоник, т.е. нелинейные искажения уменьшатся.

Отрицательная ОС уменьшает искажения, возникающие в усилителе, во столько раз, во сколько изменяется коэффициент усиления усилителя, т.е. коэффициент гармоник

K_{г ос}=K_г/ (1 + βK)

уменьшается прямо пропорционально глубине ОС. Следует заметить, что отрицательная ОС уменьшает в (1 + βK) раз помехи и шумы, возникающие в усилителе.

Наибольшую величину нелинейных искажений обычно создает выходной каскад усилителя, так как он работает при больших амплитудах входного сигнала. Поэтому отрицательную ОС наиболее часто используют в мощных выходных каскадах

6.3.4. Влияние отрицательной ос на частотные искажения

Амплитудно-частотная характеристика усилителя свидетельствует о снижении коэффициента усиления на границах полосы пропускания f_ниf_ви появлении частотных искажений. Введем частотно-независимую отрицательную ОС.

Под действием отрицательной ОС уменьшается коэффициент усиления каскада, а следовательно, и напряжение на его выходе. Это приводит к изменению напряжения ОС и результирующего напряжения на входе каскада

(U* =U_вх–U_ос),

однако изменение усиления каскада даже с частотно-независимой ОС происходит неравномерно.

На средних частотах коэффициент усиления максимален, а следовательно, и максимально напряжение ОС:

U_ос= βU_вых,

на верхних и нижних частотах, где коэффициент усиления уменьшается, уменьшается и напряжение ОС. Следовательно, на верхних и нижних частотах на вход усилителя поступает больший, чем на средних частотах сигнал. В результате характеристика становится более равномерной, и полоса пропускания усилителя (Δf), охваченного отрицательной ОС, расширяется.

При частотно-зависимой отрицательной ОС коэффициент передачи цепи ОС зависит от частоты сигнала. Частотно-зависимая отрицательная ОС изменяет АЧХ усилителя по закону, обратному закону изменения коэффициента передачи цепи ОС в зависимости от частоты: β(ω). Частотно-зависимую отрицательную ОС широко используют для формирования АЧХ заданной формы.

Мы рассмотрели влияние последовательной отрицательной ОС по напряжению на входное и выходное сопротивления. Аналогично можно проанализировать влияние параллельной ОС на входное сопротивление и ОС по току на выходное (см. табл. 6.1).

Таблица 6.1

Влияние ООС на входное и выходное сопротивления

Вид ООС	Rвх	Rвых
Последовательная по напряжению	Увеличивается	Увеличивается
Последовательная по току	Увеличивается	Увеличивается
Параллельная по напряжению	Уменьшается	Уменьшается
Параллельная по току	Уменьшается	Увеличивается

При параллельной ОС принципиально наличие сопротивления R_г(внутреннего сопротивления источника питания). Если источник входного сигнала имеет малое внутреннее сопротивление, то последовательно с ним включают дополнительный резистор. ПриR_г= 0 на входе усилителя будет короткое замыкание (КЗ) напряжения ОС