4.2.3. Влияние отрицательной обратной связи на нелинейные искажения и собственные помехи усилителей

Пусть на выходе усилителя без ОС (рис.4.10) со сквозным коэффициентом усиления К^*=К_вх.цК при воздействии на его вход синусоидальной ЭДС Е_ист возникает усиленное синусоидальное напряжение сигнала U_вых и, кроме того, напряжение гармоники, фона или другой собственной помехи U_г(п).

К

Рис. 4.10

Еист

Iвх

U_Г(п)

Iвых

Zист(Rист)

Uвых+U_Г(п)

Uвх

Kвх.ц

Zн(Rн)

Введем в этот усилитель ООС, например, последовательную ООС по напряжению (рис. 4.11.)

К

Рис. 4.11

Zист(Rист)

Uвх

Еист



Iвх

Kвх.ц

Iвых

Zн(Rн)



U_ОС

Iист

U_Г(п)

U_выхОС+U_г(п)ОС

При введении ООС сквозной коэффициент усиления устройства уменьшится в сквозную глубину ООС в соответствии с формулой (4.7) , что приведет к такому же уменьшению U_вых, I_вых, (а также U_вх, I_вх). Но их нужно восстановить. Для этого придется увеличить ЭДС источника сигнала E_ист тоже в F^*=(1+К^*) раз. Проделав это и получив прежнее значение напряжения сигнала на выходе усилителя U_вых, посмотрим чему будет равно напряжение гармоники, фона (или другой собственной помехи) на выходе усилителя с ООС U_г(п)ОС. Из схемы видно, что оно будет равно разности напряжения U_г(п), возникающего, как и прежде, в самом усилителе, и напряжения U_г(п)ОС, проходящего по петле ООС (через -цепь, входную цепь и усилитель):

U_г(п)ОС=U_г(п)-U_г(п)ОСК_вх.цК=U_г(п)-U_г(п)ОСК^*.

Отсюда получается выражение для U_г(п)ОС

, (4.25)

приведенное в п.7 «Таблицы показателей усилителей с ООС».

Выражение (4.25), доказанное здесь для последовательной ООС по напряжению, справедливо для всех способов снятия и введения ОС. Как видно, ООС уменьшает напряжение гармоники, фона или другой собственной помехи, возникающее в охваченном ею усилителе, в сквозную глубину ООС F^*=1+К^*. Физически это уменьшение происходит вследствие того, что возникающее в усилителе напряжение гармоники, фона (или другой собственной помехи) частично компенсируются напряжением гармоники, фона (или другой собственной помехи), которое с выхода устройства по петле ООС приходит к месту возникновения гармоники или собственной помехи с противоположным знаком.

Практически во столько же раз (в сквозную глубину ООС F^*=1+К^*) уменьшается и коэффициент гармоник.

. (4.26)

Выражение (4.26) приведено в п.8 «Таблицы показателей усилителей с ООС».

Приравнивая в (4.26) К_г.ОС требуемому (заданному) значению коэффициента гармоник К_г.зад, а К_г - расчетному (получающемуся при расчете) коэффициенту гармоник К_г.расч, получаем расчетную формулу для требуемой глубины ООС.

. (4.27)

Этой формулой пользуются при К_г.расч < (8…9)%. При больших значениях К_г.расч более точные результаты получаются по формуле:

, (4.28)

где значение К_г.расч и К_г.зад в круглых скобках должны быть в разах.

Свойство ООС уменьшать нелинейные искажения, фон и другие помехи обусловили ее широкое применение в усилительных устройствах и других устройствах РС, РВ и ТВ. ООС позволяет обеспечить высокую линейность усиления, малый уровень фона (и других помех), большой динамический диапазон в мощных звуковых усилителях, применяемых в радиовещании (трансляционных и модуляционных), в усилителях многоканальной связи, применяемых в радиосвязи и проводной связи, в измерительных усилителях, используемых в измерительной технике, в широкополосных и импульсных усилителях, применяемых в телевидении и в импульсных системах связи, в операционных усилителях и многочисленных устройствах на базе операционных усилителей и т.д.

Одновременно с уменьшением нелинейных искажений фона и других помех ООС обеспечивает в многоканальных усилителях проводной связи согласование на входе усилителя Z_ист(R_ист)=Z_вх(R_вх) и на выходе усилителя Z_вых(R_вых)=Z_н(R_н), а в трансляционных усилителях – требуемый коэффициент сброса нагрузки, о чем говорилось раньше в параграфе 4.2.2.