Обратна връзка (FB) в усилватели

Обратна връзка (ОС) в усилватели. Влияние на ОС върху параметрите на усилвателя.

Често се използват схеми, при които част от енергията на изходния (полезен) сигнал се прехвърля на входа. В този случай говорим за действие с обратна връзка. Сигналът се прехвърля от изхода към входа чрез вериги за обратна връзка. Ако OS напрежението е пропорционално на напрежението на изходния сигнал, тогава те говорят за напрежение OS (фиг. 9.1). Ако напрежението на OS е пропорционално на тока на изходния сигнал, тогава те говорят за текущия OS (фиг. 9.2). Възможна е и смесена ОС. Сигналът за обратна връзка може да се прилага последователно или паралелно на входния сигнал. Съответно се говори за последователна или паралелна ОС (фиг. 9.3 и 9.4).

Фигура 9.1 Структурна схема на усилвател с обратна връзка Фигура 9.2 Блокова схема на усилвател с обратна връзка

свързано по напрежение ток свързано

Фигура 9.3 Структурна диаграма на усилвател с Фигура 9.4 Блокова диаграма на усилвател със серийна обратна връзка паралелна обратна връзка

Диаграмата (фиг. 9.5) показва блокова схема на усилвател с паралелна обратна връзка по ток.

ОС се характеризира с коефициента на ОС , показващ каква част от напрежението от изхода се предава на входа на усилвателя: .

9.1. Ефект на обратната връзка върху печалбата

K y - печалба на усилвател без OS,

K vos - печалба на усилвателя, покрит от операционната система,

U c - напрежение на източника на сигнал,

U in - напрежение на входа на усилвателя,

U OC - OS напрежение.

Получаваме израз за K uos = F(Ku).

За отрицателни ОС и , т.е.

За положителни ОС и , т.е.

При положителна обратна връзка усилването на усилвателя се увеличава.

Ако , тогава всистемата може да осцилира дори когато няма входен сигнал. Усилвателят се самовъзбужда, превръщайки се в генератор.

9.2. Ефектът на OS върху стабилността на K

Въпреки това, чрез намаляване на K y , OOS увеличава своята стабилност. За да го докажете, разгледайте израза, вземайки производната по отношение на K y:

След това, умножавайки числителя и знаменателя по , получаваме

тези. стабилност (усилване в усилвател с обратна връзка) е (1+) пъти по-висока, отколкото в усилвател без обратна връзка.

Нека усилвателят има K y \u003d 100 и да бъде покрит от OOS и коефициента на предаване на веригата OS. Тогава

Нека KU се увеличи с 30%, т.е. K U стана равно на 130. В същото време, т.е. Към UOS се е променило само с 2%.

Стабилизирането на усилването с въвеждането на обратната връзка се обяснява с факта, че увеличаването на усилването (поради някаква причина) предизвиква повишаване на напрежението на обратната връзка, което води до намаляване на входното напрежение, т.е. CFE предотвратява всяка промяна в стойността на печалбата.

9.3. Влияние на последователната защита на околната среда върху Rin

За последователен OOS

U C U OC \u003d U BX,

тези. входният импеданс на усилвателя с въвеждането на сериен OOS се увеличава, защото. На входа на усилвателя се подава диференциално напрежение U C U OS, което означава, че входният ток намалява.

Увеличаването на входното съпротивление обикновено е положително явление.

9.4. Влияние на опазването на околната среда върху R out

Уверете се, че OOS намалява изходния импеданс.

За да определите Z OUT OS, помнете, че в усилвател без OS ΔU OUT = Z OUT · ΔI OUT .

Ако FOS е по напрежение, тогава изходното напрежение се променя не само под въздействието на тока на натоварване, но и от промяна на сигнала FOS на входа на усилвателя:

ΔU OUT OS \u003d Z OUT · ΔI OUT - ΔU OUT OS · β · K Y .

тези. изходният импеданс на усилвателя се намалява с фактор.

9.5. Влияние на NFB върху нелинейните изкривявания

За хармоничния коефициент е валидна следната формула:

тези. нелинейните изкривявания намаляват в пъти.

Физическият смисъл на това: под действието на OOS на входа на усилвателя ще бъде подадено не само напрежението на сигнала, но и напрежението на изкривяване, което е в антифаза с полученото изкривяване.

Ако увеличите амплитудата на входния сигнал, тогава (относително) нелинейното изкривяване ще намалее.

9.6. Ефект на NFB върху честотното изкривяване

Нека, , т.е. усилването при ниски честоти е по-малко, отколкото при средни честоти. Въвеждаме OOS и след това

където K SR и K N (K SROS и K NOS ) са усилванията при средни и ниски честоти с тонове без обратна връзка и с обратна връзка.

Тъй като K N SR , то M N OS N . С дълбок NOS >> 1 и М НОС М Н , т.е. коефициентът на честотно изкривяване с въвеждането на OOS става по-малък.

Помислете за честотната характеристика (фиг. 9.6). Може да се види, че честотната лента на усилвателя се променя с въвеждането на POS и OOS.

Физически увеличаването на честотната лента може да се обясни по следния начин.

Действието на защитата на околната среда в съответствие с честотната характеристика е различно при различните честоти. Когато има повишаване на честотната характеристика, OOS отслабва усилването. Там, където има рецесия, отслабването е по-малко, т.е. Честотната характеристика е изравнена, изгладена.

9.6. Данни за влиянието на обратната връзка върху характеристиките на усилвателя

И така, основните изводи за действието на ОС.

В усилвателите се използва главно само OOS.
OOS намалява стойността на K y .

3. OOS повишава стабилността на K y.

4. OOS променя входното и изходното съпротивление на усилвателя (Таблица 9.1).

Таблица 9.1 Промяна в стойностите на R IN и R OUT под действието на NFB

Променете R OUT

Паралелна обратна връзка по напрежение

Паралелен OOS на ток

Серийна обратна връзка по напрежение

Серийна обратна връзка по ток

5. NFB намалява честотата и нелинейното изкривяване на усилвателя, разширява динамичния обхват на усилвателя и неговата честотна лента.

6. Тъй като изходният етап на усилвателя обикновено работи при големи амплитуди на изходния сигнал, най-често OOS се използва в мощни (изходни) етапи за намаляване на коефициента на нелинейност и изкривяване.

Това увеличава динамичния обхват на усилвателя.

7. Положителната обратна връзка (POS) намалява динамичния диапазон на усилвателя

1. Определете колко пъти ще намалее коефициентът на усилване на усилвателя K = 200, когато той бъде покрит от серийния си OOS по отношение на напрежение с β = 0,05 (фиг. 9.7).

2. Във веригата на усилвателя (фиг. 9.7) с Kos \u003d 10 възникна късо съединение на резистора R2. До какво

стойности променят печалбата на веригата? Параметри на веригата на OS: R1=10 kOhm, R2=0,5 kOhm.

3. За усилвател, обхванат от OOS (фиг. 9.7), определете стойностите:

a) U, Uoc, Koc, ако U in =0,16B, K=30, U out =1,2B;

b) Uin, Uoc, Koc, ако β=0,02, K=40, Uout =5B;

в) Uout, Uoc, Koc, U, ако β=1, K=20, Uin =5B.

4. Изменението на усилването на усилвателя с K=1000 е ±10%. Определете с какъв коефициент β е необходимо да свържете веригата CNF, така че промяната в усилването да не надвишава ± 2%. Определете стойността на коефициента на усилване Kos след въвеждането на FOS.

Фиг.9.7. Усилвателна схема със серийна обратна връзка по напрежение