 |
Зворотні зв'язки в підсилювачах
|
|
|
|
Крім кола прямої передачі енергії сигналу підсилювальний каскад може мати електричні кола по яких частина енергії корисного сигналу передається з виходу каскаду на його вхід або на вхід одного з попередніх каскадів. Це явище називається зворотним зв’язком. Зворотний зв'язок може бути загальним (рис.1.8.), який охоплює весь підсилювач і місцевим (рис.1.9.), який охоплює окремі каскади підсилювача. Замкнутий контур, який охоплює основне коло і коло зворотного зв’язку, яке охоплює підсилювач, називається петлею зворотного зв’язку.
Рис.1.8. Загальний зворотний зв'язок в підсилювачі
Рис.1.9. Місцевий зворотний зв'язок в підсилювачі
В залежності від того, якій величині пропорційна напруга зворотного зв’язку 
, розрізняють зворотний зв'язок за напругою і за струмом. Якщо напруга зворотного зв’язку пропорційна вихідній напрузі на навантаженні 
, то такий зворотний зв'язок називається зворотним зв’язком за напругою (рис.1.10).
Рис.1.10. Зворотний зв'язок за напругою
Якщо напруга зворотного зв’язку пропорційна струму в навантаженні 
, то це буде зворотний зв'язок за струмом (рис.1.11.).
Рис.1.11. Зворотний зв'язок за струмом
Якщо напруга зворотного зв’язку пропорційна як напрузі, так і струму в навантаженні 
, то такий зворотний зв'язок називається комбінованим (рис.1.12.).
Рис.1.12. Комбінований зворотний зв’язок за напругою і за струмом
За способом введення сигналу у вхідне коло підсилювача розрізняють паралельний і послідовний зв'язок. При послідовному зворотному зв’язку (рис.1.13) напруга зворотного зв’язку вводиться у вхідне коло послідовно з вхідною напругою і напруга сигналу на вході підсилювача буде складати 
.
|
|
|
Рис.1.13. Послідовний зворотний зв’язок у підсилювачах
Якщо напруга зворотного зв’язку подається паралельно до вхідної напруги підсилювача (рис.1.14), то такий зворотний зв'язок називають паралельним зворотним зв’язком. У цьому випадку струм на вході підсилювача буде складати 
.
Рис.1.14. Паралельний зворотний зв’язок у підсилювачах
У підсилювачах із змішаним зворотним зв’язком у вхідному колі підсилювача послідовно вмикаються: сигнал зворотного зв’язку пропорційний вихідній напрузі і паралельно сигнал зворотного зв’язку пропорційний вихідному струму.
Основними характеристиками зворотного зв’язку є коефіцієнт зворотного зв’язку
, 
.
При схемній реалізації підсилювача і кола зворотного зв’язку можливий варіант, коли зворотний зв'язок здійснюється тільки для повільно змінної складової вихідного сигналу. У цьому випадку зворотний зв’язок здійснюється за постійним струмом. Коли сигнал зворотного струму пропорційний змінній складовій сигналу на виході підсилювача, то в цьому випадку зворотний зв'язок здійснюється за змінним струмом. Коли сигнал зворотного зв’язку пропорційний усьому вихідному сигналі, то в цьому випадку зворотний зв'язок буде за змінним і за постійним струмами.
Зворотний зв'язок має великий вплив практично на всі основні характеристики і параметри підсилювача і проявляється в зміні значення вхідного сигналу підсилювача.
φк і φβ – фазові зсуви напруги сигналу підсилювача і ланки зворотного зв’язку відповідно
При φк + φβ =π добуток буде складати 
, а вираз для коефіцієнта підсилення за напругою буде складати
В цьому випадку напруга зворотного зв’язку надходить на вхід підсилювача в протилежній фазі з напругою вхідного сигналу і коефіцієнт підсилення зменшується в
(1+ βзз К) разів. Такий режим носить назву від’ємного зворотного зв’язку. Зменшення коефіцієнта підсилення супроводжується покращенням цілого ряду параметрів. Для отримання значення нестабільності коефіцієнта підсилення підсилювача охопленого від’ємним зворотним зв’язком Кзз диференціюємо основне рівняння по К і отримуємо
|
|
|
Перегруповуємо цей вираз і поділимо його на Кзз
Відносна зміна коефіцієнта підсилення з від’ємним зворотним зв’язком зменшується в 
разів.
При глибокому від’ємному зворотному коли 
коефіцієнт підсилення самого підсилювача практично не залежить від коефіцієнта підсилення підсилювача неохопленого зворотним зв’язком
Визначаємо вплив від’ємного послідовного зв’язку на вхідний опір підсилювача. Вхідний опір підсилювача охопленого послідовним зворотним буде визначатися таким виразом
,
де 
– вхідний струм підсилювача охопленого послідовним зворотним зв’язком, а Rвх – вхідний опір підсилювача без зворотного зв’язку.
Вхідна напруга підсилювача може бути описана таким виразом
.
Підставляємо 
і 
у вираз для вхідного опору і отримуємо
Останній вираз показує, що послідовний від’ємний зв'язок збільшує вхідний опір підсилювача в 
разів.
Досліджуємо вплив паралельного зворотного зв’язку на вхідний опір підсилювача
де – вхідний струм підсилювача охопленого паралельним зворотним зв’язком, 
– напруга сигналу на вході підсилювача. Оскільки 
, то можна записати
де Rвх – вхідний опір підсилювача без зворотного зв’язку.
Використовуючи вирази для 
і для і отримуємо остаточно
.
Останній вираз показує, що паралельний від’ємний зв'язок зменшує вхідний опір в 
разів.
Аналогічно можна показати, що від’ємний зворотний зв’язок за напругою зменшує вихідний опір підсилювача в разів
Rвих – вихідний опір підсилювача без зворотного зв’язку.
Вихідний опір підсилювача, який охоплений від’ємним зворотним зв’язком за струмом збільшується в разів
Введення від’ємного зворотного зв’язку дозволяє покращити ряд параметрів підсилювача. Зокрема від’ємний зворотний зв’язок зменшує в 
разів частотні, фазові і нелінійні спотворення, зменшує напруги шумів і завад.
|
|
|
Коли фаза вхідної напруги підсилювача і напруги зворотного зв’язку збігаються, зворотний зв’язок називається додатним. У цьому випадку 
, а 
і коефіцієнт підсилення за напругою буде описуватися наступним виразом
.
При додатному зворотному зв’язку підсилювач зберігає працездатність якщо 
, в цьому випадку 
. У випадку, коли 
, то 
, то підсилювач втрачає стійкість (або самозбуджується) і перетворюється в генератор електричних коливань широкого спектру. Такий режим роботи підсилювача недопустимий.
|
|
|
