Влияние обратной связи на показатели работы Э.У

1. Обратная связь может влиять на коэффициенты усиления по напряжению К_н, току К_т и мощности К_м [см. (3)]. Для оценки влияния ОС удобнее пользоваться К_н. Определим К _н усилителя с последователь­ной обратной связью по напряжению (рис. 13). Если с выхода на вход усилителя подается напряжение U_β, то коэффициент пере­дачи цепи (фактор) ОС по напряжению.

β = Ū_β/ Ū_вых. (14)

При положительной обратной связи β может принимать значе­ния от 0 до +1, а при отрицательной — от 0 до —1, Обычно в схе­мах усилителей β=0,05÷0,2. Напряжение ОС Ū_β= ±βŪ_вых, как следует из (14), пропорционально выходному напряжению.

Результирующее на входе усилителя

Ū=Ū_вх+Ū_β=Ū_вх+(±βŪ_вых) или Ū_вх=Ū-(±βŪ_вых)=Ū-(±Ū_β). (15)

Коэффициент усиления по напряжению с ОС согласно (3),(8) и (14) определится отношением выходного напряжения усилителя к входному напряжению внешнего источника.

К _β= Ū_вых/ Ū_вх= Ū_вых/[ Ū-(±β Ū_вых)]. (16)

Разделив числитель и знаменатель на Ū, получим

(17)

При положительной ОС выходное напряжение усилителя действует в фазе с входным (фактор ОС β положителен). К _β= К /[1-(+β K)]= K /(1-β K) возрастает в (1—β K) раз. Если β K =1, то K _β=∞. Такой режим соответствует самовозбуждению усилителя. Он работает, как автогенератор, и усиления сигнала обеспечить не может. Если ОС положительная и β K <1, усилитель будет работать неустойчиво.

При отрицательной ОС выходное напряжение действует в противофазе с входным (фактор ОС β отрицателен); К _β= К /[1-(-β K)]= K /(1+β K) уменьшается в (1+β K) раз. При глубокой ООС легко получить β K >>1. В многокаскадных усилителях с большим значением К получить β K >>1 можно даже при малом значении β, поэтому (пренебрегая в выражении (17) единицей) получим K _β≈1/β. Это значит, что усиление усилителя с ООС определяется лишь коэффициентом передачи β и не зависит от числа каскадов и их параметров. Можно показать, что введение в усилитель параллельной ООС по напряжению, а также введение последовательной и параллельной ООС по току сопровождается уменьшением К_н.

2. Нестабильность коэффициента усиления при наличии ООС, оцениваемая относительным изменением коэффициента усиления,

ε=∆ К _β/ К _β =∆К/ К (1+ β K),(18)

уменьшается в (1+β K) раз. Введением ООС достигается стабилизация усиления независимо от причин, вызвавших эти изменения.

3. Введение в усилитель любого вида ООС снижает в (1+β K) раз сигнал гармоник, возникающих из-за нелинейных искажений. Аналогичное влияние ООС оказывает на напряжение помех (фона, наводок, шумов). При относительно небольших нелинейных искажениях (γ≤10÷15%) и отсутствии фазовых искажений коэффициент нелинейных искажений (КНИ) усилителя с ООС уменьшается в (1+β K) раз. Однако при высоком γ за счет дополнительных фазовых сдвигов высших гармоник ООС может перейти в положи-
тельную и вызвать рост нелинейных искажений. С целью снижения нелинейных искажений обычно ООС вводят в выходных каскадах, имеющих наибольший диапазон выходных напряжений.

4. Входное сопротивление усилителя с ОС зависит от способа подачи напряжения ОС, ее вида и глубины и не зависит от способа ее снятия. Исследования показывают, что последовательная ООС по напряжению и току увеличивает входное сопротивление усилителя, а параллельная его уменьшает.

Выходное сопротивление усилителя с ОС зависит от способа снятия сигнала ОС, ее вида и глубины и не зависит от способа введения энергии сигнала ОС. Анализ показывает, что последовательная и параллельная ООС но напряжению уменьшает, а по току увеличивает выходное сопротивление усилителя.

Учитывая различный характер зависимостей входного и выходного сопротивлений при ООС, последовательную ОС обычно применяют в усилителях напряжения, а параллельную — в усилителях тока или вводят в усилитель смешанную ООС.

5. Обратная связь, изменяя коэффициент усиления по напряжению К_н, оказывает влияние на линейные искажения усилителя. Коэффициенты частотных и фазовых искажений в усилителе с частотно-независимой ООС при малых фазовых сдвигах можно представить соответственно:

М _β ≈М (1 + β К _н)/(1 + β К _н.ср.); φ_β ≈ φ/(1 + β K _н).(19)

Если на некоторой частоте в усилителе без ОС уменьшается коэффициент усиления К_н (см. рис. 3, кривая 1), то на этой частоте уменьшается и глубина обратной связи (1+β K _н.ср.) по сравнению с глубиной ОС на средних частотах (1+β K _н.ср.) т.е. (1+β K _Н)<(1+β K _н.ср.). В результате на этой частоте КУ усилителя с ОС К _нβ уменьшается меньше, чем изменение КУ в области средних частот K _н.ср., т. е. ∆ К _нβ < К _{н β ср}, вследствие чего АЧХ становится равномерной в более широком диапазоне частот (рис. 3, кривая 2) и амплитудно-частотные искажения уменьшаются.

Фазочастотные искажения φ_β в усилителе с ООС также уменьшаются и фазочастотная характеристика в рабочем диапазоне частот более прямолинейна.

Частотно-зависимую ОС можно получить, если цепь ОС выполнить с реактивными элементами. Ее используют для коррекции АЧХ в линейных усилителях многоканальной связи, в телевизионных усилителях, усилителях магнитной записи и воспроизведения звука.

Рис. 13. Последовательная ОС по напряжению