Электроника в вопросах и ответах - Хабловски И.. Страница 58

В то же время ООС уменьшает влияние паразитных сигналов, возникших внутри цепи ОС, в том числе гармоник. Влияние их уменьшается тем сильнее, чем ближе к выходу усилителя они появляются. Содержание гармоник h_f усилителя с ОС и К_Гf — без ОС связаны зависимостью

Кроме того, ООС вызывает линеаризацию динамической характеристики усилителя.

Какое влияние оказывает ООС на стабильность усиления?

Отрицательная обратная связь уменьшает чувствительность коэффициента усиления к изменению параметров элементов, входящих в состав усилителя, питающих напряжении и внешних факторов. Эта чувствительность уменьшается в (1 + β_fК_u) раз. Иначе говоря, стабильность коэффициента усиления улучшается в (1 + β_fК_u) раз по сравнению со стабильностью усилителя без ООС. В предельном случае сильной ООС, когда β_fК_u >> 1, коэффициент усиления усилителя выражается простой зависимостью К'_u = 1/β_f. Из этой зависимости следует, что коэффициент усиления перестает зависеть от активных элементов, используемых в усилительном тракте, и, следовательно, не зависит от изменений их характеристик, свойств элементов (за исключением цепи ОС), а также колебаний напряжения питания.

Результирующий коэффициент усиления усилителя определяется лишь параметрами пассивных элементов цепи ОС. Если обеспечивается стабильность этих элементов, стабильность коэффициента усиления может быть очень высокой.

Влияет ли ООС на входное и выходное сопротивления усилителя?

Да, поскольку подключение к усилителю цепи ООС изменяет условия работы усилителя по входу и выходу. Свойства схемы с ОС, в том числе входное и выходное сопротивления, зависят от способа снятия обратного сигнала с выхода схемы и его подачи на вход. При рассмотрении схем с ОС увидим, как изменяются эти сопротивления.

Может ли ОС охватывать более одного каскада?

Да. Хотя чаще всего используется так называемая локальная связь, охватывающая один каскад. Во многих усилителях применяются цепи ОС, в которых сигнал ОС, полученный в последнем каскаде, подастся на первый каскад. Структурная схема такого усилителя показана на рис. 8.2. Пунктирной линией обозначены ответвления цепи, поскольку ОС может охватывать также и другие выбранные каскады в усилительной цепочке.

Рис. 8.2. Обратная связь, охватывающая несколько каскадов

Устойчивы ли схемы с ООС?

В принципе да, однако однозначно ответить на этот вопрос невозможно. Правильнее было бы сказать, что хорошо сконструированный и изготовленный усилитель с ООС является устойчивым. Рассматривая схемы с ООС в общем, можно сказать, что в определенных диапазонах частот существует возможность неустойчивости этих схем. Это следует из того, что коэффициент усиления усилителя является комплексным. Он характеризуется модулем (абсолютным значением) и углом фазового сдвига. В связи с этим нельзя говорить об ООС во всем диапазоне частот, усиливаемых усилителем.

В результате фазовых сдвигов в некоторых диапазонах частот, обычно на краях усиливаемой полосы, связь из отрицательной может стать положительной, и тогда усиление схемы возрастает. Если ОС является положительной и достаточно сильной, то усиление может возрасти до бесконечности, и тогда усилитель превращается в генератор, генерирующий собственные колебания. О таком усилителе говорят, что он нестабильный. Вероятность (опасность) нестабильности увеличивается с ростом ОС (большее произведение фактора обратной связи β_fК_u) и фазовых сдвигов в цепи ОС. Поэтому вероятность нестабильности больше в схемах с большим усилением и сильной связью, охватывающей несколько каскадов.

Борьба с нестабильностью усилителей в ООС заключается в ограничении числа каскадов, охваченных цепью ОС, до трех, а также на соответствующем формировании частотных характеристик усилителя. Главным принципом в этом случае является дополнительное уменьшение коэффициента усиления на границах, полосы пропускания, т. е. на тех частотах, для которых в результате фазовых сдвигов ООС превращается в ПОС. Тогда при меньших коэффициентах усиления, несмотря на ПОС, паразитные колебания не возникают, поскольку связь очень слабая.

Каковы преимущества и недостатки ООС?

Отрицательная обратная связь позволяет улучшить свойства схемы благодаря следующим преимуществам: уменьшение чувствительности усиления к изменению параметров элементов, режимов питания и внешних факторов; уменьшение нелинейных искажений; возможность формирования частотных характеристик, возможность изменения входного и выходного сопротивлений. К недостаткам ООС относятся уменьшение коэффициента усиления и возможность нестабильности схемы.

Как можно классифицировать цепи ООС?

Цепи ООС классифицируют исходя из способов снятия выходного сигнала и его подачи на вход.

По способу снятия выходного сигнала различают связь по напряжению, в которой выходной сигнал пропорционален выходному напряжению, и связь потоку, характеризующуюся пропорциональностью выходному току.

По способу подачи выходного сигнала на вход различают последовательную связь, при которой обратный сигнал подается последовательно со входным сигналом, и параллельную связь, при которой выходной сигнал цепи ОС вводится параллельно с входным сигналом.

В связи с этим можно выделить четыре основные цепи ООС: по напряжению, параллельного типа; по напряжению, последовательного типа; потоку, последовательного типа; потоку, параллельного типа.

Что такое усилитель с параллельной ООС по напряжению?

Усилительный каскад с ООС по напряжению параллельного типа показан на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Усилитель с параллельной ООС по напряжению

Напряжение, возникающее на коллекторе, в схеме с ОЭ сдвинуто на 180° по отношению к напряжению, действующему на базе, и с помощью R_fC_f-цепочки снова подается на базу.

Конденсатор C_f разделяет лишь постоянные потенциалы, действующие на коллекторе и базе. Резистор R_f совместно с сопротивлением, включенным между базой и массой, а следовательно, учитывающий как резистор R₁ и сопротивление источника, так и входное сопротивление транзистора, образует делитель обратного напряжения, который определяет коэффициент β_f. Источники напряжения ОС и входного сигнала, поданного на базу через конденсатор C₁, включены параллельно.

Из такого способа возбуждения и следует название цепи ОС: по напряжению параллельного типа. Для цепей этого типа характерно уменьшение входного и выходного сопротивлений. Параллельная связь по напряжению часто используется в качестве многокаскадной связи, примеры которой представлены на рис. 8.4, а и б. В схеме рис 8 4, а, состоящей из двух транзисторов, напряжение ОС снимается с вторичной обмотки трансформатора с встречной навивкой обмоток, что обозначено соответствующим расположением точек). Таким образом обеспечивается соответствующая полярность напряжения ОС.

В трехтранзисторной схеме (рис. 8.4, б) благодаря соответствующей фазе напряжения на выходе имеется возможность непосредственной подачи напряжения ОС (на вход схемы — прим. перев.).