Влияние ОС на коэффициент усиления.

Д(3)

3.1. Основные определения и классификация

Обратная связь (ОС) действует во всех без исключения усилительных каскадах и оказывает влияние на качественные показатели.

Признаком ОС является передача энергии сигнала с выхода усилителя (каскада) на вход, то есть в направлении, обратном направлению усиливаемого сигнала. Для этого должна существовать цепь ОС и простейшая функциональная схема усилителя, охваченного ОС, может быть представлена в виде рис.3.1

Рис.3.1.

Здесь К_ц —коэффициент усиления по напряжению (без ОС);

β — коэффициент передачи по напряжению цепи ОС.

Классификация ОС может быть представлена следующей таблицей:

Паразитные ОС образуются вне зависимости от желания людей за счет непредусмотренных (паразитных) индуктивных, емкостных и других связей между цепями. Они могут быть внутренними и внешними

Полезные ОС вводятся преднамеренно. ОС, охватывающая один каскад называется местной, несколько общей. Цепь ОС совместно с цепью усилителя, который она охватывает, образует полную петлю ОС (см. Рис З.1.).

ОС могут быть однопетлевыми и многопетлевыми. Остановимся подробнее на видах ОС.

Виды ОС

Вид ОС в основном определяется:

1. Знаком петлевого усиления Т(или Τ);

2. Зависимостью β от частоты;

3. Способом снятия и введения энергии сигнала.

По знаку действительного значения петлевого усиления различают положительную (Т>0) и отрицательную (Т<0) ОС. Характер цепи ОС или способ ее организации определяется зависимостью β от частоты. Если в рабочем диапазоне частоты усилителя β не зависит от частоты, то ОС- частотно-независимая. Если же β является функцией частоты, то ОС- частотно-зависимая.

По способу снятия энергии сигнала различают ОС по напряжению (рис.3.2.), по току (рис. 3.3.) и смешанную.

Рис.3.2

Рис.3.3

В случае ОС по напряжению вход цепи ОС подключается параллельно сопротивлению нагрузки (U'_oc = U_вых) и напряжение на выходу цепи ОС U_ос пропорционально напряжению нагрузки U_вых. Выходной ток усилителя I_вых отличается от тока через нагрузку I_Н

Иногда для определения вида ОС в сложных схемах целесообразно провести мысленную проверку: если при КЗ нагрузки ОС пропадает, то это ОС по напряжению.

При ОС по току вход цепи ОС подключен последовательно с нагрузкой Ζ _н, например с помощью R _ос.

Напряжение на входе цепи ОС U``_oc =U_R прямо пропорционально току через

нагрузку I_н, причем обычно I_R = I_н = I _вых.

Проверка: если про обрыве нагрузке (хх), ОС пропадает, то это ОС по току. Может быть и смешанная ОС, когда напряжение на выходу цепи ОС создается за

счет двух напряжений U`_oc u U``_ос.

ПО способу введения энергии сигнала различают ОС последовательную (рис.3.4), параллельную (рис 3.5.) и комбинированную.

Рис.3.4

При последовательной ОС напряжение ОС U_oc (клеммы 3-3) вводится последовательно с источником сигнала Е_и относительно входной цепи без ОС

U _вх (клеммы 1-1). При этом входом усилителя с ОС становятся клеммы 4-4.

Проверка: если ОС пропадает при мысленном обрыве цепи источника сигнала, то это последовательная ОС.

При параллельной ОС выход цепи ОС (клеммы 3-3) подключен относительно входной цепи усилителя (клеммы 1-1) параллельно источнику ЭДС сигнала (клеммы 4-4),

Рис.3.5

при этом U_вх = U_ос.

Проверка: если ОС пропадает при мысленном КЗ источника сигнала то это параллельная ОС. Может использоваться и комбинированная ОС.

Д(3)

3.1. Основные определения и классификация

Обратная связь (ОС) действует во всех без исключения усилительных каскадах и оказывает влияние на качественные показатели.

Признаком ОС является передача энергии сигнала с выхода усилителя (каскада) на вход, то есть в направлении, обратном направлению усиливаемого сигнала. Для этого должна существовать цепь ОС и простейшая функциональная схема усилителя, охваченного ОС, может быть представлена в виде рис.3.1

Рис.3.1.

Здесь К_ц —коэффициент усиления по напряжению (без ОС);

β — коэффициент передачи по напряжению цепи ОС.

Классификация ОС может быть представлена следующей таблицей:

Паразитные ОС образуются вне зависимости от желания людей за счет непредусмотренных (паразитных) индуктивных, емкостных и других связей между цепями. Они могут быть внутренними и внешними

Полезные ОС вводятся преднамеренно. ОС, охватывающая один каскад называется местной, несколько общей. Цепь ОС совместно с цепью усилителя, который она охватывает, образует полную петлю ОС (см. Рис З.1.).

ОС могут быть однопетлевыми и многопетлевыми. Остановимся подробнее на видах ОС.

Виды ОС

Вид ОС в основном определяется:

1. Знаком петлевого усиления Т(или Τ);

2. Зависимостью β от частоты;

3. Способом снятия и введения энергии сигнала.

По знаку действительного значения петлевого усиления различают положительную (Т>0) и отрицательную (Т<0) ОС. Характер цепи ОС или способ ее организации определяется зависимостью β от частоты. Если в рабочем диапазоне частоты усилителя β не зависит от частоты, то ОС- частотно-независимая. Если же β является функцией частоты, то ОС- частотно-зависимая.

По способу снятия энергии сигнала различают ОС по напряжению (рис.3.2.), по току (рис. 3.3.) и смешанную.

Рис.3.2

Рис.3.3

В случае ОС по напряжению вход цепи ОС подключается параллельно сопротивлению нагрузки (U'_oc = U_вых) и напряжение на выходу цепи ОС U_ос пропорционально напряжению нагрузки U_вых. Выходной ток усилителя I_вых отличается от тока через нагрузку I_Н

Иногда для определения вида ОС в сложных схемах целесообразно провести мысленную проверку: если при КЗ нагрузки ОС пропадает, то это ОС по напряжению.

При ОС по току вход цепи ОС подключен последовательно с нагрузкой Ζ _н, например с помощью R _ос.

Напряжение на входе цепи ОС U``_oc =U_R прямо пропорционально току через

нагрузку I_н, причем обычно I_R = I_н = I _вых.

Проверка: если про обрыве нагрузке (хх), ОС пропадает, то это ОС по току. Может быть и смешанная ОС, когда напряжение на выходу цепи ОС создается за

счет двух напряжений U`_oc u U``_ос.

ПО способу введения энергии сигнала различают ОС последовательную (рис.3.4), параллельную (рис 3.5.) и комбинированную.

Рис.3.4

При последовательной ОС напряжение ОС U_oc (клеммы 3-3) вводится последовательно с источником сигнала Е_и относительно входной цепи без ОС

U _вх (клеммы 1-1). При этом входом усилителя с ОС становятся клеммы 4-4.

Проверка: если ОС пропадает при мысленном обрыве цепи источника сигнала, то это последовательная ОС.

При параллельной ОС выход цепи ОС (клеммы 3-3) подключен относительно входной цепи усилителя (клеммы 1-1) параллельно источнику ЭДС сигнала (клеммы 4-4),

Рис.3.5

при этом U_вх = U_ос.

Проверка: если ОС пропадает при мысленном КЗ источника сигнала то это параллельная ОС. Может использоваться и комбинированная ОС.

Влияние ОС на коэффициент усиления.

Вне зависимости от способов ввода и съема ОС, ее влияние на сквозной коэффициент усиления одинаков. Приведем упрощенный вывод этой зависимости в предположении:

для случая последовательной ОС по напряжению. Кроме того, будем считать, что ОС отрицательная (ООС), т.е ее действие приводит к уменьшению входного напряжения. На рис. 3.6. приведена соответствующая структурная схема с учетом полярности напряжений.

Z_u = 0,Ζ_вх = со (фактически это означает R_u << R_вх) для случая последовательной ОС по напряжению. Кроме того, будем считать, что ОС отрицательная (ООС), т.е ее действие приводит к уменьшению входного напряжения. На рис. 3.6. приведена соответствующая структурная схема с учетом полярности напряжений.

Рис.3.6

3.3.1 Для усилителя без ОС согласно (2.1)

Так как

1 + β Κ — сквозная глубина ОС. В итоге из (3.2) получим:

(3.3)

где 1 + βΚ = А = 1 + Τ - сквозная глубина ОС. Следовательно сквозной коэффициент усиления при введении ООС уменьшается в сквозную глубину ОС раз. В случае положительной ОС А' = 1 - Т' = 1 - β'К*

⁽³·⁴⁾

Здесь напряжение U _ос совпадает по фазе с ЭДС источника сигнала и

увеличивает напряжение на выходе усилителя , что приводит к увеличению

сквозного коэффициента усиления по напряжению, а при наступает

самовозбуждение. По этой причине положительная ОС практически не применяется в усилительных устройствах, находя применение в автогенераторах.

В общем случае, учитывая, что все цепи содержат реактивные элементы

соотношение (3.4) комплексно и самовозбуждение объясняется

критерием Найквиста. Заметим, что в реальных схемах при действительном положительном коэффициенте передачи цепи ОС β для обеспечения отрицательной ОС напряжение на выходе усилителя должно быть противофазно ЭДС источника сигнала. Поэтому выражение (3.3) правильнее было бы записать в виде:

3.3.2 Учет сопротивления источника позволяет оценить влияние ОС на Для рассмотренного вида ОС характер зависимости коэффициента усиления по напряжению К. _и такой же, т.е. для ООС по напряжению последовательной по выходу

Однако, учитывая, что

глубина ОС.

численно зависимость от ОС разная и зависит от соотношения и

. Очевидно, последовательную по входу ООС вводить нецелесообразно при

, так как при и влияние ОС

незначительно.