4.3. Виды обратных связей в усилителях

Под обратной связью (ОС) понимают передачу части энергии усиленных колебаний из выходной цепи во входную. Цепь, по которой осуществляется такая передача энергии, называется цепью обратной связи. Если электрические колебания из выходной цепи поступают во входную цепь в фазе с электрическими колебаниями входного сигнала, то это — положительная ОС (ПОС). При противофазности указанных электрических колеба­ний образуется отрицательная ОС (ООС).

Цепь ОС вместе с частью схемы усилителя, к которой она подключена, образует замкнутый контур — петлю ОС. Петля ОС может охватывать один или несколько каска дов (рис. 4.4). В первом случае ОС является местной, во втором — общей.

В зависимости от принципа действия и способа по­дачи во входную цепь обратная связь может быть различ­ных видов. По принципу действия различают ОС по напряжению и ОС по току. При ОС по напряжению цепь ОС включается параллельно нагрузке Z_H (рис. 4.5, о).

При этом напряжение обратной связи и_ос оказывается пропорциональным выходному напряжению: , где — коэффициент передачи цепи ОС. При ОС по току цепь ОС включается последовательно с нагрузкой усили­теля (рис. 4.5, б), а напряжение ОС оказывается про­порциональным току в цепи нагрузки, т. е. .

Для определения вида обратной связи можно восполь­зоваться следующим правилом. Если при коротком за­мыкании нагрузки напряжение ОС сохраняется, то имеет место ОС по току, если же оно обращается в нуль, то имеет место ОС по напряжению.

Напряжение ОС может подаваться на вход усилителя либо последовательно с напряжением входного сигнала, либо параллельно. В первом случае обратная связь на­зывается последовательной (рис. 4.6, а), а во втором— параллельной (рис. 4.6, б). Наибольшее распространение

в усилительных устройствах получили следующие виды обратных связей: последовательная ОС по току; последовательная ОС по напряжению; параллельная ОС по напряжению.

4.4. Влияние обратной связи на коэффициент усиления

Рассмотрим, как изменяется коэффициент усиления усилителя при охвате его последовательной ОС по току (рис. 4.7, а). Для такого усилителя

Знак «плюс» здесь соответствует ПОС, а знак «минус» — ООС.

Разделив обе части уравнения (4.4) на и обозначив:

— коэффициент усиления усилителя без учета действия ОС; — коэффициент усиления усилителя с учетом действия ОС; — коэффициент передачи цепи ОС, получим

Данное уравнение позволяет определить коэффициент усиления усилителя, охваченного петлей ОС:

Знак «минус» в этом выражении соответствует ПОС, а знак «плюс» — ООС.

Уравнения (4.4) и (4.5) остаются справедливыми и для усилителя с последовательной ОС по напряжению (рис. 4.7, б). В этом случае

Выражение (4.5) показывает, что последовательная ПОС увеличивает коэффициент усиления усилителя, а последовательная ООС уменьшает его. В то же время введение в усилитель последовательной ООС способст­вует увеличению стабильности коэффициента усиления усилителя, т. е. уменьшению его относительного измене­ния при изменении режима, старении активных и пассив­ных элементов, изменении температуры. Действительно, из выражения (4.5) следует, что . Взяв производную от этого выражения, получим

Таким образом, последовательная ООС уменьшает величину относительной нестабильности коэффициента усиления в раз. При этом уменьшаются линей­ные и нелинейные искажения и увеличивается полоса пропускания усилителя. Эти замечания остаются спра­ведливыми и для усилителей с параллельной обратной связью по напряжению и току.

Произведение называют иногда фактором обратной связи, а величину — глубиной ООС. При расчетах принимают А = 2...4. При А < 2 ОС мало влияет на свойства усилителя, а при А > 4 значительно умень­шается коэффициент усиления, что усложняет конструк­цию усилителя.