Обратные связи в усилителях

Лекция №6

6.1. Обратные связи в усилителях.

Обратной связью называется передача части энергии с выхода на вход усилителя.

Обычно .

ОС вводится для улучшения характеристик усилителя. Паразитные (вредные) ОС могут возникать сами из-за влияния выхода на вход. Цепь ОС обычно состоит из пассивных элементов (R и C).

Структура ОС.

Представляя усилитель четырёхполюсником, можно получить четыре варианта включения ОС. На схеме показана ОС последовательная (на входе) по напряжению (на выходе). Рассмотрим основные свойства ОС на примере этой схемы.

Рекомендуемые материалы

Характеристики усилителя без ОС:

-  комплексный коэффициент передачи по напряжению,

U_вых,U₁ – комплексные амплитуды напряжения на входе и на выходе,

 - коэффициент усиления,

j - сдвиг  фазы в усилителе.

Характеристики ОС:

- коэффициент передачи цепи ОС.

- здесь фаза j_ос показывает сдвиг фазы в цепи ОС,

 Найдем характеристики усилителя с ОС:

k_oc- коэффициент передачи с учетом обратной связи.

Согласно схеме имеем:

   U₁=U_вх+U_ос

   U_вых=kU₁=k(U_вх+U_ос)=k(U_вх+βU_вых)

В результате получаем выражение для к_oc:

     , где

 - петлевой коэффициент усиления (показывает, во сколько раз изменится напряжение  при прохождении по петле);

 - набег фазы в петле ОС.

1). Отрицательная ОС (ООС).

Характеризуется тем, что j+j_oc=p(2n+1), n=0, 1, 2…

Напряжение обратной связи U_oc оказывается в противофазе с напряжением на входе четырёхполюсника U₁, что приводит к уменьшению коэффициента усиления.

Однако, как показано ниже  в п.6.2 , ООС улучшает другие характеристики усилителя, уменьшает нестабильность.

2). Положительная ОС (ПОС).

Характеризуется тем, что j+j_oc=2pn, n=0,1,2…

Напряжение обратной связи U_oc оказывается в фазе с напряжением на входе четырёхполюсника, что приводит к увеличению усиления.

Если , то усиление возрастает, но остаётся конечным.

Если , то это означает, что при проходе по петле колебание увеличивает свою амплитуду, и при проходе по петле много раз колебание возрастает всё больше и больше, независимо от того, какой сигнал на входе. Таким образом, возникает процесс генерации колебаний, который может начаться со сколь угодно малых значений начального напряжения, которое обусловлено например, флуктуациями тока в резисторе.

В результате получается автогенератор колебаний, если выполнены указанные выше два условия:

Люди также интересуются этой лекцией: 16. Властные отношения в организации.

· Энергетическое условие , которое означает, что подкачка энергии в усилителе больше, чем потери, включая отбор энергии на выходе;

· Фазовое условие j+j_oc=2pn, n=0,1,2…, которое означает, что ОС положительна, напряжение обратной связи приходит на вход усилителя в фазе с начальным напряжением.

Эти два условия справедливы для любых автогенераторов, независимо от их структуры и диапазона частот – низких, высоких, СВЧ, оптических.

В усилителях ПОС обычно не применяется, однако она может возникать из-за паразитных обратных связей между выходом и входом усилителя, это может приводить к самовозбуждению усилителя (типичный пример – микрофонный эффект), поэтому при разработке усилителей принимают специальные меры для устранения паразитной ПОС.

Наоборот ООС полезна для улучшения стабильности усилителя, за счёт уменьшения коэффициента усиления.