Обратные связи в усилителях. Обратная связь в электронных схемах, страница 3

е) стабилизирует коэффициент усиления усилителя. Например, если номинальный коэффициент усиления усилителя без обратной связи, равный К = 10⁴, уменьшится на 50%, то есть будет равен К = 0,5 * 10⁴, то в усилителе с последовательной отрицательной обратной связью при коэффициенте передачи напряжения обратной связи b = 0,001 коэффициент усиления, равный

К_оос = К / (1 + bК) = 10⁴ / (1 + 0.001 × 10⁴) = 909 , останется почти без изменения, так как

К_оос  = 0,5 × 10⁴ / (1 + 0,001 × 10⁴ × 0,5) = 833, то есть уменьшится только на 9%. 

1.3.2. Обратная связь и характеристики усилителя.

1.3.2.1. Коэффициент усиления усилителя с ООС.

В реальных схемах могут возникать фазовые сдвиги в цепях усилителя и ОС. Поэтому передаточные характеристики цепей выражаются в общем случае комплексными числами. При принятых обозначениях рис 1.3.2.1 (- напряжение на входе системы; - напряжение на входе усилителя; - напряжение на выходе системы; - напряжение на выходе цепи ОС;

- коэффициент усиления усилителя без учета ОС;

- коэффициент передачи цепи ОС;

- коэффициент передачи системы) можно иметь следующие очевидные соотношения для усилителя с обратной связью.

   (1.3.2.1)

или 

 (1.3.2.2)

Таким образом, введение обратной связи изменяет коэффициент усиления усилителя. Произведение , представляющее собой передаточную функцию последовательно соединенных четырехполюсников  и , называется петлевым усилением, а величина (1-) — глубиной обратной связи.

В зависимости от фазовых соотношений величин  величина коэффициента передачи системы  может изменяться. При положительной ОС фаза напряжения  совпадает с фазой напряжения источника сигнала  и произведение  является положительной вещественной величиной, то есть   (1.3.2.3)

При отрицательной ОС фаза U₃ сдвинута на 180° по сравнению с фазой U₁, а произведение  будет отрицательной вещественной величиной, то есть

   (1.3.2.4)

Из соотношения (1.3.2.3) следует, что введение ПОС при Kc<1 увеличивает коэффициент усиления. При Kc = 1 коэффициент усиления становится равным бесконечности, а при Kc>1 - отрицательным. Физически это означает, что в отсутствие переменного напряжения на входе усилителя с ОС на его выходе присутствует некоторая переменная напряжение. Схема самостоятельно генерирует это напряжение, то есть усилитель превращается в автогенератор.

Для ООС коэффициент усиления усилителя уменьшается в  раз, но при этом улучшается стабильность, которая оценивается относительной величиной коэффициента усиления .

Действительно, дифференцируя (1.3.2.4) и подставляя значение K_c, находим

  ,   (1.3.2.5)

то есть введение ООС уменьшает относительную величину изменения коэффициента усиления усилителя в   раз. Необходимость стабилизации K связана с тем, что в схемах под воздействием внешних факторов (температура, давление, влажность, старение элементов) происходит изменение электрических параметров элементов, что и приводит к изменению коэффициента усиления. По этому в усилителях ООС часто применяется специально для  стабилизации коэффициента усиления. Чем глубже ООС, тем лучше стабилизация коэффициента усиления. Заметим, что при глубокой ООС K>>1 коэффициент усиления усилителя практически не зависит от параметров усилительной цепи, а определяется только параметрами цепи ОС:  (1.3.2.6)

Стабильность усиления при этом оказывается высокой, так как она определяется параметрами пассивных элементов цепи ОС, стабильность которых выше, чем у параметров активных элементов цепи усилителя.  

1.3.2.2. Расширение полосы пропускания усилителя цепью ООС.

Ширина полосы пропускания усилителя определяется верхними и нижними граничными частотами w_В^* и w_Н^*.