Тема 8. Перетворення сигналів в електронних колах

3.3. Зворотні зв’язки в підсилювачах

                Часто в підсилювальних каскадах застосовують зворотний зв’язок для покращання їхніх характеристик. Суть застосування зворотного зв’язку полягає у тому, що частина вихідного сигналу підсилювача через чотириполюсник зворотного зв’язку підводиться знову до входу, внаслідок чого результуючий вхідний сигнал у певний спосіб змінюється, що впливає на основні характеристики підсилювача (коефіцієнт підсилення, вхідний опір тощо).

Рис.5.10. Послідовно-паралельний зворотний зв’язок

 

            Найпоширенішим видом зворотного зв’язку в підсилювачах є послідовно-паралельний зв’язок, який зображений на рис.5.10, де позначено:

            К  –  комплексний коефіцієнт підсилення напруги підсилювального каскаду за відсутності зворотного зв’язку ();

K– комплексний коефіцієнт передавання напруги чотириполюсника зворотного зв’язку ().

            Із рис. 5.10 бачимо, що напруга зворотного зв’язку  подається у вхідне коло послідовно з вхідною напругою, а вхід чотириполюсника зворотного зв’язку під’єднаний паралельно до виходу підсилювального каскаду.

            Для цієї схеми справедливі співвідношення:

                                                                                 (5.17а)

 

                                                                   (5.17б)

 

                                                        (5.17в)

            На підставі наведених співвідношень отримуємо формулу для визначення комплексного коефіцієнта підсилення напруги підсилювача, охопленого зворотним зв’язком:

                                    К_зв=К/(1–b К).                                    (5.18)

            Добуток b×К характеризує сумарний комплексний коефіцієнт передавання напруги  через власне підсилювач та чотириполюсник зворотного зв’язку. Тому часто його називають коефіцієнтом петльового підсилення. Враховуючи , що К та b в загальному випадку є комплексними числами, тобто, можемо записати:

                                        (5.19)

            Якщо j_к+ j_b=0 або 2p, то як випливає з (5.17в), напруга зворотного зв’язку та напруга збігаються за фазою. Такий зворотний зв’язок називають додатним.

            При цьому, як випливає з (5.18), комплексний коефіцієнт підсилення К_зв зростає порівняно з К:

                      К_зв=К/(1-bК).                                       (5.20)

            Зауважимо, що звичайно .

            Якщо ж j_к+j_b=p, то добуток b К є дійсним від’ємним числом і на підставі (5.17в) робимо висновок, що напруги  та  протилежні за фазою. Такий  зворотний зв’язок називають від’ємним. У такому разі коефіцієнт підсилення К_зв зменшується порівняно з К:

                               К_зв=К/(1+bК).                                (5.21)

            Глибший аналіз показує, що додатний зворотний зв’язок має істотний недолік: збільшуючи коефіцієнт підсилення, він може призвести при Кb®1 до самозбудження підсилювача (К_зв®¥). Це означає, що підсилювач втрачає функцію підсилення і стає генератором коливань. Тому практично у підсилювачах додатний зворотний зв’язок не застосовують.

            Хоч від’ємний зворотний зв’язок дещо зменшує коефіцієнт підсилення, проте він надає підсилювачеві корисні властивостей: розширює смугу пропускання підсилювача і покращує рівномірність його амплітудно-частотної та лінійність фазочастотної характеристики, забезпечуючи умови підсилення сигналів без спотворень. Водночас зменшується вплив нестабільності параметрів підсилювальних елементів на значення коефіцієнта підсилення, зменшуються нелінійні спотворення  та послаблюється вплив внутрішніх шумів підсилювача (покращується відношення сигнал/шум на виході підсилювача).

            Зокрема, послідовно-паралельний від’ємний зворотний зв’язок збільшує вхідний опір підсилювача та зменшує його вихідний опір і тим самим покращує умови ланцюгового з’єднання підсилювальних каскадів.

            Завдяки цьому від’ємний зворотний зв’язок широко застосовують в сучасних підсилювачах.