И. Хабловски - Электроника в вопросах и ответах

Все активные элементы многокаскадного усилителя обычно питаются от одного источника постоянного напряжения. Этот источник обладает некоторым внутренним сопротивлением R ист, которое, как видно из рис. 7.34, а , включено последовательно с нагрузочными резисторами отдельных каскадов усилителя. В связи с этим часть усиленного сигнала каждого каскада появляется на внутреннем сопротивлении источника. Это создает возможность взаимосвязи каскадов с большим уровнем сигнала с начальными каскадами усилительного тракта, в которых уровень сигнала меньше. При этом усилитель может оказаться в неустойчивом режиме работы и даже возбудиться. Возникновению такой ситуации препятствуют развязывающие схемы.

Типичная развязывающая схема представлена на рис. 7.34, б . Это RС-схема, в которой резистор R 0включен последовательно с резистором нагрузки усилителя, а емкость конденсатора С 0— между этими двумя резисторами и массой схемы. Развязывающие резисторы разделяют друг от друга нагрузочные резисторы, а конденсаторы эффективно шунтируют не только резистор R 0, но и сопротивление источника питания. Сопротивление резистора R 0составляет обычно 10 % нагрузочного сопротивления усилителя, а реактивное сопротивление конденсатора С 0равно 0,1 R 0на самой низкой частоте, пропускаемой усилителем.

Рис. 7.34 Двухкаскадный RС-усилитель без развязывающих ( а) и с развязывающими ( б) цепями

В общем, это связь в физических, биологических, экономических и других системах, основанная на обратном воздействии результата определенного явления на его причину. Явление обратной связи (ОС) наблюдается в природе повсеместно (например, регулировка температуры тела, давление крови) и является предметом исследований кибернетики.

Обратная связь в электронных схемах основана на особом способе возбуждения, при котором выходной сигнал схемы оказывает обратное воздействие на ее входной сигнал. Иначе говоря, часть выходного сигнала, называемая сигналом обратной связи, поступает на вход схемы и суммируется с входным сигналом, в результате чего условия возбуждения схемы подвергаются изменению.

Рассмотрим структурную схему электронного усилителя без ОС и с ОС (рис. 8.1, а и б ).

Рис. 8.1. Структурные схемы усилителей без обратной ( а) и с обратной ( б) связями

Усиление по напряжению усилителя без ОС равно отношению выходного напряжения к входному

К u= U 2/ U 1

Коэффициент усиления К uчасто называют коэффициентом усиления разомкнутой петли обратной связи , поскольку к усилителю не подсоединена цепь ОС. При подключенной цепи ОС (рис. 8.1, б ) полное входное напряжение состоит из начального сигнала U 1и части βвыходного сигнала, поданного обратно на вход. Сумма этих сигналов усиливается усилителем в К uраз, так же как и в схеме на рис. 8.1, а , а на выходе возникает выходное напряжение U' 2. Следует отметить, что выходные напряжения U 2и U' 2в двух схемах различны, так как в схеме с ОС изменился режим усиления. Напряжение, подведенное с выхода обратно на вход, составляет β fU' 2, и поэтому полное входное напряжение усилителя равно U 1= U 2+ β fU' 2. Входное напряжение, умноженное на коэффициент усиления, равно выходному напряжению

U' 2= ( U 1+ β fU' 2)· К u

или после раскрытия скобок

U' 2= U 1К u+ β fU' 2К u

После преобразований получим

U 1К u = U' 2— β fU' 2К u= U' 2(1 — β fК u)

Отношение U' 2/ U 1, обозначенное через К' u, представляет собой, результирующий коэффициент усиления схемы с обратной связью, называемый также коэффициентом усиления с замкнутой цепью ОС:

К' u = U' 2/ U 1= К u/(1 — β fК u)

Полученная зависимость показывает, какому изменению подвергается коэффициент усиления схемы в результате применения ОС.

Далее увидим, что и другие свойства усилителя также изменяются и аналогично коэффициенту усиления зависят от члена (1 — β fК u), называемого коэффициентом обратной связи [21] Произведение β f К u часто называют фактором обратной связи. — Прим. ред . .

Обратная связь называется положительной, если фаза обратного напряжения, поданного с выхода на вход схемы, совпадает с фазой входного напряжения. При совпадении фаз обоих сигналов на входе усилителя эффективный входной сигнал увеличивается. Это означает, что коэффициент β f, определяющий, какая часть выходного напряжения подается снова на вход, положителен. В связи с этим в соответствии с ранее выведенной зависимостью усиление схемы с положительной обратной связью (ПОС) выражается следующей формулой:

К' u = К u/(1 — β fК u)

Анализируя эту формулу, приходим к выводу, что увеличение коэффициента β fвызывает рост коэффициента К' u. Если коэффициент усиления усилителя без ОС равен 20, то при использовании ПОС ( β f= 0,025) коэффициент усиления при замкнутой цепи ОС составит К' u= 40. Если коэффициент β fувеличивается и произведение β fК uприближается к единице, то коэффициент усиления стремится к бесконечности. Такой вывод следует из математической зависимости, практически, однако, такой случай невозможен. В схеме возникает генерация колебаний, а бесконечный коэффициент усиления означает, что генератор сам «поставляет» на вход сигнал, поддерживающий колебания. Положительная обратная связь является основой работы генераторов, причем условия генерации можно выразить следующим образом: схема работает как генератор, если ОС является положительной и достаточно сильной ( β fК u = 1). чтобы поддерживать колебания. Если β fК u< 1, то в схеме наблюдается только рост усиления. Положительная связь такого типа, называемая иногда регенерирующей связью, используется очень редко (в частности, из-за увеличения искажений).