Обратные связи в усилителях и их влияние на характеристики

Обратные связи в усилителях и их влияние на характеристики

Обратная связь – это подача части или всего выходного сигнала на вход усилителя. (Подача всего сигнала – 100% ОС (обратная связь)).

Классификация и виды ОС:

1. По сигналам

§ ООС – отрицательная обратная связь - такая ОС, когда сигнал ОС вычитается из входного или когда сигнал ОС находится в противофазе с входным (Dj = p)

 

§ ПОС – положительная ОС – когда U_ос суммируется с U_вх, или когда сигнал U_ос и U_вх совпадают по фазе (Dj = 0)

ОС – мощное схемотехническое средство, позволяющее изменять свойства усилителей в широком диапазоне в сторону необходимых параметров.

2. ОС могут быть по току (суммируются токи), по напряжению (суммируются напряжения).

Рекомендуемые материалы

3. Комбинированные (по току и напряжению).

Структуры усилителей с ОС

Рис.1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Виды ОС

Влияние ОС на коэффициент усиления

К_ос =  - коэффициент усиления с ОС

К =  - собственный коэффициент усиления без ОС

b =  - коэффициент передачи по цепи ОС

U_вых – U_oc = U₀

U_oc = b* U_вых

U_вх = U₀ + b*k* U₀

k_oc =

k_oc =

«+» - ООС

«-» - ПОС

ООС уменьшает усиление усилителя

1+bk – глубина обратной связи

bk – петлевое усиление – это коэффициент передачи по цепи усилитель – цепь – ОС

 b £ 1.

Влияние ООС на стабильность коэффициента усиления

В реальных усилителях коэффициент усиления зависит от напряжения питания, от t⁰C, от режима работы, старения элементов и др. факторов.

k_u = k_min ¸ k_max

k_max - k_min = Dk

d_k =  - относительная нестабильность коэффициента усиления

Задача

d_k – известна, dk_oc -?

dk_oc =

Dk_oc =

dk_oc =

ООС стабилизирует коэффициент усиления независимо от причин, вызывающих его изменения.

При глубокой ООС усиление определяется цепью ОС, а т. к. обычно в цепи ОС используют пассивные R, C, L элементы со стабильными характеристиками, т. е. сам усилитель в целом остается стабильным.

Влияние ООС на нелинейные искажения усилителя

К_ни^ос =

К_ни – коэффициент нелинейных искажений

ООС уменьшает нелинейных искажений усилителя

НИ можно рассматривать как нестабильность k в зависимости от величины U_вх.

ООС стабилизирует k независимо от причин, вызывающих его изменение Þ имеет место и стабилизация k при изменении U_вх, т. е. уменьшение НИ.

НИ – это появление дополнительных гормоник внутри самого усилителя.

При наличии ООС гармоники, пройдя цепь ОС, вычитаются на входе Þ уменьшается их величина Þ уменьшается К_ни.

Влияние ООС на АЧХ

w_н^ос =

w_в^ос = w_в(1+bk)

Зависимость k от w - линейные искажения.

ООС расширяет Dw (полосу пропускания усилителя) на глубину ОС.

Зависимость k от w можно рассматривать как нестабильность k от частоты. Т. к. ООС стабилизирует k Þ стабилизация k и при изменении w, т. е. в более широкой полосе частот.

При наличии ООС сигнал ОС вычитается из входного.

На НЧ и ВЧ bk уменьшается Þ вычитается меньший сигнал, чем в середине диапазона U_вых @ const поддерживается в более широкой полосе частот.

Входное и выходное напряжения

Влияние ООС на R_вх

Рис. 1 послед. ОС по U:

R_вх^ос =  - входное сопротивление с ОС

R_вх =

U_вх = U₀(1+bk)

R_вх^ос = R_вх(1+bk)

Последовательная ОС независимо от того, какая она (по напряжению или по току) увеличивает R_вх усиления.

Параллельная ОС:

R_вх^ос =

Параллельная ОС независимо от того, какая она, уменьшает R_вх.

Влияние ООС на R_вых

1. По U

R_вых^ос =

Рекомендуем посмотреть лекцию "10 Место жительства".

ООС по U стабилизирует U_вых независимо от причин, вызывающих его изменение Þ со стороны выхода усилитель приближается к источнику напряжения (идеальный источник напряжения или нулевое сопротивление). Это справедливо для любого вида связи по входу.

2. По I

R_вых^ос = R_вых(1+ bk)

ООС по I увеличивает R_вых независимо от вида связи по входу (послед. и парал.)

ООС по I стабилизирует ток на выходе независимо от причин Þ со стороны выхода усилитель приближает к источнику тока (идеальный источник тока, имеющий бесконечное сопротивление).

ПОС по отношению к ООС действует противоположным образом.