Главная | Обратная связь

Зворотний зв'язок у підсилювачах

Крім каналу прямого проходження сигналу (основне коло) під­силювальний каскад може мати кола, по яких частина енергії корисно­го сигналу передається з виходу каскаду на його вхід (рис.) або на вхід одного з попередніх каскадів у випадку багатокаскадного під­силювача (рис.) і

При цьому в підсилювачі діє зворотний зв'язок. Кола, по яких по­дається сигнал зворотного зв'язку, називають колами зворотного зв'язку. Замкнутий контур, утворений під'єднанням до підсилювача кола зворотного зв'язку, називають петлею зворотного зв'язку. Роз­різняють однопетльові (рис.) та багатопетльові (рис.) зворотні зв'язки. В останній схемі можна виділити загальну петлю зво­ротного зв'язку °Кп, — b₁, яка включає в себе весь підсилювач з коефі­цієнтом підсилення °Кп, і місцеву петлю зворотного зв'язку °Кп₂ — b₂, яка охоплює окремий підсилювальний каскад.

Якщо напруга зворотного зв'язку°Uзв пропорційна напрузі на споживачі підсилювача, то маємо зворотний зв'язок за напругою

(рис. ), а у випадку пропорційності °Uзв струму Івих—зворотний зв'язок за струмом (рис. ). Крім того, можливий змішаний зво­ротний зв'язок.

За способом передавання енергії через коло зворотного зв'язку у вхідне коло підсилювача розрізняють послідовний зворотний зв'я­зок, коли напруга подається послідовно з напругою вхідного сигналу підсилювача (рис.), і паралельний (рис.).

Основним показником кола зворотного зв'язку за напругою є ко­ефіцієнт передачі °b. Він показує, яка частина напруги з виходу під­силювача передається на його вхід:

Дія зворотного зв'язку проявляється в зміні величини вхідного сигна­лу підсилювача

 

 

 

Якщо - коефіцієнт підсилення без зворотного зв'язку, а - коефіцієнт підсилення із зворотним зв'язком, то напруга

 

на виході схеми

.

Поділивши обидві частини рівняння на°Uвх, одержимо:

 

.

або

звідки

 

 

де °b°Кп—фактор зворотного зв'язку, який називається петльовим підсиленням і який задає характер зворотного зв'язку та значеннякоефіцієнта підсилення °Кзв; 1—°b°Кп—глибина зворотного зв'язку.

Оскільки в загальному випадку °Кп = Кпе^jjK і °b = bе^jjb , де j_K і j_b—кути фазових зсувів сигналу, які вносяться відповідно підсилю­вачем та колом зворотного зв'язку, то

 

.

 

За умови j_k+j_b= p, °b°K=-bК, тобто коефіцієнт зворотного зв'язку—величина дійсна та від'ємна. В цьому випадку

 

.

Таким чином, якщо сигнал зворотного зв'язку надходить на вхід під­силювача в протифазі з вхідним сигналом, то коефіцієнт підсилення зменшується в (1 + bКп) раз. Такий зворотний зв'язок називають не­гативним зворотним зв'язком. Незважаючи на зменшення підсилення, негативний зворотний зв'язок широко використовують, оскільки з його введенням значно покращується ряд параметрів підсилювача. Так, зменшення коефіцієнта підсилення супроводжується збільшенням ста­більності підсилювача, шо підвищує стійкість його роботи. Продифе-ренціювавши рівняння заКп, одержимо

 

.

 

Перегрупувавши в рівнянні змінні і поділивши його на ,одержимо

Відносна зміна коефіцієнта підсилення підсилювача із зворотним зв'язком зменшується в (1 + bКп) раз.

При bКп>>1 (глибокий зворотний зв'язок рівність набуває

вигляду

Аналогічно можна показати, що при послідовному зворотному зв'яз­ку за напругою в (1 + bКп) раз збільшується вхідний опір підси­лювача і в стільки ж разів зменшу­ється вихідний опір. При будь-яко­му виді негативного зворотного зв'я­зку в (1 + bКп) раз зменшуються частотні .фазові та нелінійні спот­ворення, а також напруги шумів.

Таким чином, вводячи негативний зворотний зв'язок і змінюючи його параметри, можна змінювати в потрібному напрямі вхідний та ви­хідний опори підсилювача, його частотні та фазові характеристики, тобто поліпшувати параметри підсилювача.

При j_К+ j_b= 2pп, де п = 0, 1,2, ..., коли збігаються фази напруг

°Uвх та °Uзв, °b°Kп=bKп . З рівняння одержуємо

.

 

Зворотний зв'язок, при якому коефіцієнт підсилення підсилювача збільшується, називають позитивним зворотним зв'язком. Якщо 1>bKп >0, згідно з рівнянням (4.21), Кзв>Кп, але має скінчене значення. При bKà1 Кзвà ¥ і коливання на виході підсилювача будуть навіть при відсутності вхідного сигналу, розвиваючись від ма­лих флюктуарних шумових сигналів. Підсилювач самозбуджується, перетворюючись у генератор електричних коливань. Для підси­лювача такий режим роботи неприпустимий.

В багатокаскадних підсилювачах через загальні кола живлення, ємності монтажу, паразитні індуктивності можуть з'являтися внутріш­ні зворотні зв'язки, для яких на якій-небудь частоті виконується спів­відношення . Це призводить до погіршення характеристик під­силювача і в деяких випадках — до його самозбудження. Подібні зво­ротні зв'язки називають паразитними. Використання коригуючих кіл,розв'язуючих фільтрів і інших заходів дає змогу звести паразитні зворотні зв'язки до мінімуму.