Электроника

Выходное сопротивление для каскада ОС в области средних частот Rвых 1 S и составляет сотни Ом.

В области низких частот спад коэффициента усиления определяется

частотные искажения возникают в выходной цепи каскада ОС, следовательно, для уменьшения коэффициента частотных искажений M н

прежде всего необходимо увеличивать С2 .

Входное сопротивление истокового повторителя для низких частот так же, как и в усилительном каскаде ОИ, определяется сопротивлением R3 ,

которое обычно выбирается порядка 1 МОм.

Рассмотрим теперь входную емкость каскада ОС, которая в ОВЧ снижает входное сопротивление Емкость Cвх можно определить по аналогии

Из (2.24) следует, что Cвх в каскаде ОС в основном определяется межэлектродной емкостью затвор-сток, которая обычно составляет несколько пФ. Сравнение (2.22) и (2.24) позволяет сделать вывод, что Cвх в

каскаде ОС значительно меньше, чем в каскаде ОИ. Этим и определяется большее входное сопротивление в ОВЧ для каскада ОС.

103

связь может возникать за счет (обычно нежелательного) влияния выходных цепей на входные (паразитная обратная связь), через общие цепи питания.

Наличие обратной связи может привести к увеличению либо к уменьшению сигнала на выходе устройства и соответственно коэффициента усиления. В первом случае фазы входного сигнала и сигнала обратной связи совпадают и амплитуды складываются - такую обратную связь называют положительной (ПОС). Во втором случае фазы противоположны и амплитуды сигналов вычитываются - такую обратную связь называют отрицательной (ООС). Положительная обратная связь находит применение в различных генераторах, а иногда и частотно-избирательных усилителях. В большинстве же усилителей положительная обратная связь является нежелательной и используется крайне редко.

Основное применение в усилительных устройствах находит отрицательная обратная связь (ООС). Она позволяет повысить стабильность работы усилителей, а также улучшить другие важные параметры и характеристики. Сразу следует подчеркнуть, что снижение коэффициента усиления в современных усилительных устройствах за счет ООС не является очень значительным фактором, поскольку широко используются микроэлектронные структуры с большими собственными коэффициентами усиления (имеет место значительный запас по величине K ).

В усилителях применяют различные виды отрицательной обратной связи, которые различают по способу подачи сигналов ООС во входную цепь усилителя и по способу снятия с выхода усилителя. Если во входной цепи усилителя вычитается ток цепи обратной связи из тока входного сигнала, то ООС называют параллельной. Если же во входной цепи вычитаются напряжения входного сигнала и обратной связи, то ООС называют

последовательной.

По способу получения (снятия) сигнала обратной связи различают ООС по напряжению, когда сигнал ООС пропорционален Uвых усилителя, и

ООС по току, когда сигнал ООС пропорционален току через нагрузку. При последовательной обратной связи по напряжению с выхода усилителя

снимается часть выходного напряжения Uос , которая во входной цепи алгебраически складывается с Uвх . На рис. 2.22 приведена структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по напряжению . Напряжение обратной связи Uос Uвых, где R2 R1 R2 R2 R1 (обычно R1 R2 ). Здесь во входной цепи усилителя действует напряжение, равное Uвх Uос .

104

R2 R1

Рис. 2.22. Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по напряжению.

Прежде всего, рассмотрим влияние последовательной обратной связи по напряжению на коэффициент усиления по напряжению. Для усилителя, охваченного обратной связью, можно записать

использовать их действительные значения, что соответствует области средних частот работы усилителя. Формула (2.25) справедлива для случая

ООС. В этом легко убедиться, поскольку Kи ос Ku . Отметим, что при

положительной обратной связи в знаменателе правой части (2.25) следует использовать знак « - ».

Из (2.25) следует, что при последовательной ООС по напряжению стабилизируется величина Kи ос . Так, например, при Ku 100 Ku за счет

каких-либо причин возрос на 50%, но Kи ос при этом увеличится лишь

примерно на 0,2%.

Введем понятие глубины обратной связи, которая для ООС равна

106

Rвхос Uвх Uос Iвх . Поскольку Uос KиUвх , то после проведения

способом снятия сигнала обратной связи с выхода устройства. При последовательной ООС по напряжению усилителя меньше зависит от

тока нагрузки, что соответствует уменьшению его выходного сопротивления. Для рассматриваемого вида ООС можно записать:

откуда следует, что последовательная ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление в F раз. Таким образом, чем глубже OОC, тем меньше Rвыхос . Это имеет важное значение в усилителях напряжения,

поскольку позволяет значительно снизить зависимость выходного напряжения от Rн .

Изложенное выше позволяет заключить, что последовательная ООС по напряжению уменьшает и стабилизирует коэффициент усиления по напряжению; снижает линейные и нелинейные искажения; повышает входное и уменьшает выходное сопротивления усилителя.

Последовательная обратная связь по току отличается от последовательной обратной связи по напряжению только выходной частью структурной схемы, т. е. только способом снятия сигнала обратной связи с выхода усилителя. При последовательной обратной связи по току в выходной

цепи усилителя включается специальный резистор Rос , падение напряжения

на котором пропорционально выходному току. На рис. 2.24,а приведена выходная часть структурной схемы усилителя с обратной связью по току. Во

входной цепи усилителя с последовательной обратной связью U ос

алгебраически складывается с входным напряжением, как и в усилителе на рис. 2.22. Из рис. 2.24,а следует, что Uос IвыхRос и Rос Rн .

Рис. 2.24. Выходная цепь усилителя с ОС по току (а) и входная цепь усилителя с параллельной ОС (б).

Поскольку во входной цепи усилителя складываются напряжения для последовательных ООС по напряжению и току, то формула (2.25) является общей для любой последовательной ООС. При глубокой ООС по току выражение (2.25) можно преобразовать к следующему виду:

Из (2.30) следует вывод о стабильности Kи ос , но этот вывод здесь

справедлив лишь при Rн const . Таким образом, различного рода внешние воздействия, разброс параметров транзисторов не оказывают существенного влияния на Kи ос усилителя с глубокой последовательной ООС по току.

Однако такой усилитель весьма чувствителен к изменениям сопротивления нагрузки.

Входное сопротивление усилителя с ООС, как отмечалось выше, определяется способом подачи сигналов во входную цепь. Поскольку и в данном случае используется последовательная ООС, оказывается справедливой формула (2.28) со всеми вытекающими из нее выводами. Способ снятия сигнала обратной связи с выхода усилителя не влияет на

Rвх ос , и совершенно неважно, какая ООС используется по напряжению или

току.

Наиболее существенное отличие последовательных ООС по напряжению и току проявляется через Rвыхос . Выходное сопротивление

усилителя с ООС определяется способом снятия сигнала обратной связи с выхода устройства. При этом способ подачи сигнала ООС во входную цепь

не играет никакой роли. Для Rвыхос усилителя, охваченного ООС, по току

можно записать следующее выражение: Rвыхос Rвых Rос 1 Kи , откуда следует, что выходное сопротивление возрастает.

109

При параллельной обратной связи по напряжению с сопротивления нагрузки снимается выходное напряжение, которое во входной цепи образует ток обратной связи, протекающий через резистор R. Структурную схему усилителя с параллельной обратной связью по напряжению можно составить из входной части, справедливой для параллельной обратной связи (рис. 2.24, б), и выходной части, справедливой для обратной связи по напряжению (выходная часть на рис. 2.22).

При глубокой параллельной ООС по напряжению нетрудно получить

Kи ос стабилен при Rн const , то в данном случае, при параллельной ООС по напряжению Kи ос стабилен при RГ const .

Итак, параллельная ООС по напряжению стабилизирует коэффициент усиления по напряжению при постоянном сопротивлении источника сигнала, снижает искажения, уменьшает выходное и входное сопротивления усилителя.

Вразделах 2.2 и 2.3 уже были рассмотрены усилительные каскады, в которых использовалась ООС. Теперь остановимся подробнее на способах создания ООС и ее влияния на параметры конкретных усилителей.

Вэмиттерном (см. рис. 2.14) и истоковом (см. рис. 2.20) повторителях имеет место 100%-ная последовательная ООС по напряжению. Прежде всего, рассмотрим еще раз эмиттерный повторитель. Напомним, что входное напряжение в нем прикладывается между базой транзистора и общей шиной,

авыходное напряжение снимается между эмиттером и общей шиной. Таким образом, к эмиттерному переходу транзистора оказывается приложенным

управляющее напряжение, равное Uвх Uвых . Поскольку во входной цепи

происходит алгебраическое сложение напряжений, то данная обратная связь является последовательной. Так как сигнал обратной связи снимается с

нагрузки (с выхода усилителя) и пропорционален Uвых , то такая обратная связь является связью по напряжению. Поскольку напряжение обратной связи Uос составляет не часть, а все Uвых , обратная связь является 100%-

ной. Во входной цепи происходит вычитание амплитуд напряжений входного сигнала и сигнала обратной связи, т. е. уменьшается управляющий сигнал между базой и эмиттером транзистора, поэтому связь оказывается отрицательной.

Для определения способа получения сигнала обратной связи с выхода усилителя удобно пользоваться методом короткого замыкания (КЗ) нагрузки. В реальном усилителе при использовании этого метода нагрузкой следует считать резистор, с которого, снимается выходной сигнал. Для

рассматриваемого каскада ОК таким резистором является Rэ . Если при

(мысленном) замыкании нагрузки обратная связь исчезает, то это связь по напряжению, а если не исчезает, то это - связь по току.