Вопрос №2 Влияние отрицательной обратной связи на свойства усилителей

Применение ООС позволяет:

− улучшить форму АЧХ и ФЧХ;

− снизить уровень нелинейных искажений;

− повысить стабильность работы усилителя;

− обеспечить согласование с нагрузкой;

− снизить уровень различных внутренних помех (фон от источников питания, собственные шумы усилителя, наводки от посторонних электрических или магнитных полей).

При использовании ООС необходимо иметь в виду связанное с ней усложнение схемы и конструкции усилителя (из-за уменьшения коэффициента усиления приходится применять бóльшее число каскадов).

В усилителях чаще всего применяются следующие схемы ООС:

− последовательная ООС по току,

− последовательная ООС по напряжению,

− параллельная ООС по напряжению.

Влияние ООС на параметры усилителя

Под действием ООС изменяются следующие параметры усилителя:

− коэффициент усиления,

− входное сопротивление,

− выходное сопротивление,

− величина искажения сигнала.

Коэффициент усиления

ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя. Это относится как к обратной связи по напряжению, так и к обратной связи по току. Так, в усилителе без ООС коэффициент усиления определяется выражением

, (5.6)

а в усилителе с ООС

, (5.7)

где U_ОС − напряжение в цепи обратной связи.

Как было показано выше, цепь ОС характеризуется коэффициентом передачи напряжения β . Так как U_ОС < U_ВЫХ, то β < 1.

Отсюда U_ОС = βU_ВЫХ . (5.8)

Тогда . (5.9)

Если разделить числитель и знаменатель на U_ВХ, можно получить следующее выражение:

. (5.10)

На основании выражения (5.10) можно сделать вывод, что введение ООС уменьшает коэффициент усиления в (l+βK_U) раз.

Величина (l+βK_U) называется глубиной обратной связи. Иногда эту величину называют фактором обратной связи. При расчетах величину (l+βK_U) выбирают в пределах 2−4. В случае, когда величина (l+βK_U)< 2, то ООС сравнительно слабо влияет на электрические свойства усилителя, а если (l+βK_U) > 4 − ООС значительно уменьшает коэффициент усиления и усложняет конструкцию усилителя.

При расчете транзисторных усилителей следует учитывать, что введение ООС изменяет как входное, так и выходное сопротивление транзистора. Эту особенность необходимо учитывать. Если обозначить (l+βK_U) = A, то величина обратной связи может быть рассчитана по формулам:

а) для последовательной обратной связи

; (5.11)

б) для параллельной обратной связи

, (5.12)

где R_И − сопротивление источника сигнала,

R_ВХ − входное сопротивление транзистора без обратной связи,

R_ВХ.ОС − входное сопротивление транзистора с учетом ОС (рассмотрено ниже),

G − проводимость источника сигнала,

G_ВХ − входная проводимость транзистора,

G_ВХ.ОС − входная проводимость транзистора с учетом ОС.

Коэффициент усиления, вследствие различных условий работы усилителя, нестабилен, то есть может иметь место отклонение коэффициента усиления (ΔК) от номинального значения К. При этом нестабильность может быть как абсолютной ΔК, так и относительной .

В случае, если в усилитель введена ООС, то относительная нестабильность усилителя определяется выражением

. (5.13)

Таким образом, ООС уменьшает относительную нестабильность коэффициента усиления в (l+βK_U) раз по сравнению с относительной нестабильностью усилителя без обратной связи.

Зависимость коэффициента усиления усилителя от глубины ООС применяется в радиоприемниках для осуществления ручной (РРУ) и автоматической регулировок управления (АРУ).