В підсилювачах застосовується негативний зворотний зв'язок. Примі-ня її дозволяє поліпшити показники якості підсилювача, в част-ності: підвищити стабільність коефіцієнта підсилення; зменшити частотні, фазові і перехідні спотворення; зменшити нелінійні спотворення; обмежити вплив власних шумів.
При цьому різні види негативного зв'язку впливають на окремі технічні показники підсилювача по - різному.
Вплив негативного зв'язку на коефіцієнт посилення і його стабільність. В підсилювачі зі зворотним зв'язком напруга на вході змінюється в результаті дії зворотного зв'язку, тобто
де Uвх - напруга на вході підсилювача;
Uіс - напруга джерела сигналу;
Uoc - напруга зворотного зв'язку.
Напруга зворотного зв'язку є частиною вихідного:
де # 946; - коефіцієнт передачі ланки зворотнього зв'язку.
Коефіцієнт посилення підсилювача при негативному зворотному зв'язку дорівнює
З цього виразу стає ясно, що негативний зворотний зв'язок зменшує коефіцієнт посилення по напрузі в (1 + # 946; Кu) раз. Сума (1 + # 946; Кu) називається глибиною зворотного зв'язку. Вона показує, у скільки разів зменшується коефіцієнт посилення при введе-нии зворотного зв'язку. твір # 946; Ku називається коефіцієнтом петлевого посилення. Він дорівнює відношенню напруги зворотного зв'язку до первісного напрузі:
Малюнок 1.14 - Схема до визначення коефіцієнта посилення при зворотному
зв'язку по напрузі
Коефіцієнт посилення повинен бути постійним. Однак на показники підсилювача дію ряд дестабілізуючих чинників: нестабільність джерел електроживлення, розкид параметрів елементів схеми і їх старіння, зміна температури навколишнього середовища і т.д. Все це викликає нестабільність параметрів, в тому числі і коефіцієнт посилення.
При негативного зворотного зв'язку нестабільність коефіцієнтом-та посилення зменшується пропорційно глибині зворотного зв'язку.
Фізична сутність стабілізації коефіцієнта підсилення відбутися у-ит в наступному. Якщо, наприклад, з яких-небудь причин посилення збільшилася, то напруга на виході зросте, викликаючи збільшення напруги зворотного зв'язку, що веде до зменшення напруги на вході, а отже, і на виході. В результаті напруга на виході зміниться незначно. Так само стабілізація здійснюється і при зменшенні посилення.
Вплив негативного зворотного зв'язку на частотну, фазо-ву і перехідну характеристики. Частотно - незалежна негативні-кові зворотна покращує частотну, фазову і перехідну харак-теристики підсилювача, розширюючи смугу підсилюються частот. Це про-виходить тому, що на крайніх частотах діапазону, де посилення зворотного зв'язку зменшується, глибина зворотного зв'язку. також зменшує шум при роботі-ється. А так як напруга зворотного зв'язку зменшується, то сумарна напруга на вході зростає і посилення збільшиться. В результаті частотна характеристика піднімається і смуга підсилюються частот розширюється, як показано на малюнку 1.15, на якому крива 1 -частотная характеристика підсилювача без зворотного зв'язку, крива 2-частотна характеристика підсилювача з негативним зворотним зв'язком. Таким чином негативний зворотний зв'язок вирівнює частотну характеристику.
Малюнок 1.15- Вирівнювання частотної характеристики при
негативного зворотного зв'язку
Негативний зворотний зв'язок зменшує фазові зрушення в підсилю-телей фазова характеристика наближається до лінійної. Фазові спотворення в підсилювачі під дією негативного зворотного зв'язку зменшуються.
Перехідна характеристика в підсилювачах з негативним зворотним зв'язком також поліпшується, оскільки зменшується час відновлення, Це відбувається внаслідок зменшення вхідний ємності підсилюючих приладів під дією негативного зворотного зв'язку. Спад вершини імпульсу зменшується в результаті стаб-зації коефіцієнта посилення підсилювача, тобто підйому частотної характеристики.
В підсилювачах часто необхідно скоригувати (виправити) визна поділені ділянку частотної характеристики. Для цього використовується частотно-залежна негативний зворотний зв'язок, в ланцюзі якої є частотно-залежні елементи (індуктивності, ємності).
Принцип дії частотно-залежною негативного зворотного зв'язку розглянемо на прикладі ланцюга, що складається з резистора Roc і кон-денсатора Сос (рисунок 1.16.а). На високих частотах опір конденсатора Сос зменшується, шунтуючи вихід ланцюга зворотного зв'язку.
З підвищенням частоти шунтуючі дію ємності зростає
і напруга на виході ланцюга зворотного зв'язку зменшується. частотна
характеристика коефіцієнта передачі напруги ланцюга зворотного
зв'язку р знижується (ділянка БВ на малюнку 1.16, б), тобто дія
зворотного зв'язку зменшується і коефіцієнт посилення каскаду збільшується. Частотна характеристика в корректируемой області частот
піднімається (ділянка БВ на малюнку 1.16, в). На малюнку 1.16, в крива
1 зображує частотну характеристику підсилювача без зворотного зв'язку,
крива 2 частотну характеристику підсилювача з ланцюгом зворотного зв'язку
Вплив негативного зворотного зв'язку на нелінійні спотворення і динамічний діапазон підсилювача. В процесі роботи підсилювача через нелінійність вольт-амперної характеристики підсилю-вальних приладів (транзисторів, ламп) виникають нелінійні позову-вання, тобто з'являються нові гармоніки, яких не було на вході підсилювача. По ланцюгу зворотного зв'язку надходять на вхід підсилювача і, прой-дя через підсилювач, виявляються на виході, але вже в протифазі зі спочатку виникають гармоніками. Тому амплітуди паразитних гармонік на виході підсилювача виявляються ослабленими. А значення напруги корисного сигналу доводиться до колишнього увели-ням вхідного напруги в (1 + # 946; Кu) раз. Отже, введення негативного зворотного зв'язку збільшує співвідношення між корисним сигналом і паразитними гармоніками, що виникають в підсилювачі.
Таким чином негативний зворотний зв'язок зменшує на виході напруги різних перешкод, що виникають в підсилювачі. Слід зазначити, що негативний зворотний зв'язок зменшує тільки ті перешкоди, які виникають в самому підсилювачі, охопленому зворотним зв'язком, але не зменшує перешкоди, підведення до входу підсилювача разом з корисним сигналом. Завдяки зменшенню внутрішніх по-хутро розширюється динамічний діапазон підсилювача. Така дія негативного зворотного зв'язку спостерігається при всіх способах введе-ня зворотного зв'язку.
а - схема з частотно-залежною зворотним зв'язком,
б, в - частотні характеристики
Малюнок 1.16- Структурна схема підсилювача зі зворотним частотно-залежною зворотним зв'язком і її характеристики
Вплив негативного зворотного зв'язку на вхідний і вихід-ве опір. Різні види негативного зворотного зв'язку впливають на вхідний і вихідний опір підсилювача по-різному.
Характер зміни вхідного опору підсилювача, охва-ченного негативним зворотним зв'язком, визначається способом введення сигнал а у вхідні ланцюг і не залежить від способу зняття його з вихідного ланцюга.
Послідовна негативний зворотний зв'язок по напрузі збільшує вхідний опір підсилювача. Це можна пояснити так. Оскільки напруга негативного зворотного зв'язку протипожежні-помилково по фазі напруги джерела вхідного сигналу, напруга на вході підсилювача і
вхідний струм зменшуються, що еквівалентно збільшенню вхідного опору.
Вхідний опір підсилювача, охопленого негативним об-ратної зв'язком, можна визначити за формулою
Вхідний опір підсилювачів зазвичай має активну Rвx і ємнісні Хс складову. Так як в колі зворотного зв'язку зсуву по фазі немає, то і активна і емкостная складові вхідного соп-ротівленія зростають однаково в (1 + # 946; Кu) раз:
Збільшення ємнісної складової вхідного опору еквівалентно зменшенню вхідний ємності в (1+ # 946; Кu) раз:
Паралельна зворотний зв'язок по напрузі зменшує вхідний опір підсилювача. Це відбувається тому, що опір зворотного зв'язку шунтирует вхідний опір підсилю-теля.
Зміна вхідний ємності при паралельній негативною об-зворотного зв'язку. Якщо зворотний зв'язок здійснюється через конденсатор-тор, то вона збільшує вхідну ємність, а якщо через резистор, змінює вхідні ємність.
Аналогічно цьому послідовна негативний зворотний зв'язок по току збільшує вхідний опір підсилювача, охва-ченного зворотним зв'язком, а паралельна - зменшує його.
При всіх видах негативного зворотного зв'язку вхідний опір підсилювача залежить від коефіцієнта посилення Кu. а слідові-тельно, і від опору навантаження Rн і залишається нестабільним.
У багатьох підсилюючих пристроях потрібно забезпечити ста-більних вхідний опір, що не залежить від коефіцієнта посилення Кu і опору навантаження Rн. Це досягається застосований-ням змішаної (комбінованої) негативною зв'язком, тобто пос-ледовательно-паралельної. Підбираючи коефіцієнт передачі ланцюгів зворотного зв'язку, можна отримати заданий стабільний вхідний опору-тивление.
Зміна вихідного опору підсилювача, охопленого послідовної негативним зворотним зв'язком по напрузі, визначається способом зняття сигналу з виходу підсилювача і не зави-сит від способу введення її до вхідної ланцюг підсилювача.
Послідовна негативний зворотний зв'язок по напрузі зменшує вихідний опір підсилювача і збільшує вихідну ємність:
Зменшення вихідного опору підсилювача при негативному зворотному зв'язку по напрузі пояснюється тим, що при зростанні вихідної напруги підсилювача збільшується напруження-ня зворотного зв'язку. В результаті цього напруга на вході підсилювача, рівне різниці U - Uoc. зменшується, викликаючи зменшення U вих. що еквівалентно зниженню вихідного опору.
Аналогічно дію має і паралельна негативний зворотний зв'язок по току збільшує вихідний опір підсилювача і зменшує вихідну ємність. Такі ж зміни вносить і паралельна негативний зворотний зв'язок по току.
Тому з метою зменшити залежність вихідного опору від нестабільності параметрів підсилювача застосовують змішану негативний зворотний зв'язок - по струму і напрузі.