Усилители. Транзистор, как линейный усилитель. Реальные схемы каскадов усиления. Обратные связи в усилителях, страница 8

Наличие обратной связи приводит к изменению всех параметров усилителя. Что – то улучшается, что – то ухудшается. Всегда компромисс. Под улучшением обычно понимают приближение к идеалу, к параметрам идеального усилителя. В усилителях чаще всего используют отрицательные обратные связи (сокращенно ООС) последовательно – параллельного типа, поскольку они приводят к улучшению параметров усилителя, делают работу усилителя более устойчивой. Покажем это.

6.4.1. Последовательная обратная связь по напряжению.

Ситуация изображена на рис. 6.28. Здесь и далее:  - коэффициент передачи цепи обратной связи;  - параметры усилителя без обратной связи (собственные параметры);  - параметры усилителя с обратной связью. Вывод основной формулы базируется на очевидном равенстве: . Выразив все напряжения через , будем иметь .                                                                                                 (6.9)

При этом обычно оговаривают следующие предположения. 1. Входное сопротивление цепи обратной связи должно быть велико по сравнению с выходным сопротивлением усилителя. Тогда подключение цепи обратной связи к выходу усилителя мало меняет собственный коэффициент усиления усилителя.
2. Выходное сопротивление цепи обратной связи должно быть мало по сравнению со входным сопротивлением усилителя. Тогда подключение цепи обратной связи на вход усилителя, как изображено на рисунке, мало меняет её коэффициент передачи. Если при определении  и , реальная нагрузка уже учтена, то никаких условий больше не нужно.

Когда , то связь положительна, и . Когда , то связь отрицательна. При этом . Когда , то ООС называют глубокой, сильной. В этом случае  и  не зависит от параметров усилителя.

Одна и та же связь может быть на одних частотах отрицательна, а на других, положительна. Например, пусть . Тогда  и связь отрицательна. Однако, если при изменении частоты аргумент  изменится на , то мы получим . Связь стала положительной, и даже более того, . Это уже неустойчивость, возбуждение.

6.4.2. Влияние ООС по напряжению на параметры усилителя.

Для ООС  и коэффициент усиления уменьшается в  раз. Рассмотрим другие параметры усилителя.

1. Входное сопротивление. Собственное входное сопротивление усилителя . Входное сопротивление при наличии обратной связи . Пишем равенство  и делим его на , учитывая, что . Получим . Входное сопротивление увеличивается. Если связь глубокая, то сопротивление увеличивается очень значительно.

2. Выходное сопротивление при наличии обратной связи . Напряжение холостого режима . При коротком замыкании на выходе обратная связь перестаёт функционировать. . В итоге, . Выходное сопротивление уменьшается.

3. Стабилизация коэффициента усиления . Дифференцируя это равенство по , получим: . Отсюда . Относительные изменения  меньше относительных изменений , независимо от причин, вызывающих эти изменения. Повышается стабильность работы усилителя, устойчивость.

4. Полоса пропускания расширяется. Пусть спад частотной характеристики усилителя без обратной связи в области верхних частот обеспечивается одной интегрирующей цепочкой с постоянной времени ,  .    Реализуем ООС. При этом произведение , для определённости, можно считать вещественным и отрицательным. Тогда . Вычислим , где . Таким образом, ООС приводит к уменьшению эффективной постоянной времени и расширению полосы ().

5. Расширяется полоса и в низкочастотной области. Это можно показать совершенно аналогично, считая  .  , где . Эффективная постоянная времени дифференцирующей цепочки  увеличилась.

Отметим ещё раз, что все «улучшения» достигаются за счёт уменьшения коэффициента усиления.

6.4.3. Эмиттерный (катодный, истоковый) повторитель.

Это типичный пример каскада с очень сильной ООС. Теперь нагрузка стоит в цепи эмиттера. На коллекторе нет переменной составляющей напряжения, поэтому такой усилитель называют каскадом с общим коллектором (анодом, стоком). Различные схемы приведены на рис. 6.29.