Тема 2.3. Обратная связь в усилителях

Обратной связью называют связь между электрическими цепями, посредством которой часть энергии сигнала из выходной цепи усилителя передаётся во входную или из последующих каскадов в предыдущие.

Введение обратной связи ОС призвано улучшить показатели усилителя или придать ему некоторые специфические свойства.

Коэффициент усиления усилителя К и коэффициент передачи цепи ОС указаны на рисунке в виде комплексных значений. Это означает учет возможного фазового сдвига, возникающего на низких или высоких частотах за счет наличия как в схеме усилителя, так и в цепи ОС реактивных элементов. Если работа усилителя осуществляется в области средних частот, а в цепи ОС отсутствуют реактивные элементы, то коэффициенты передачи усилителя и звена ОС будут характеризоваться действительными зна­чениями.

В усилителях применяются различные виды обратных связей.

Первоначально обратная связь использовалась для увеличения коэффициента усиления. В этом случае напряжение или ток с выхода усилителя подается на его вход синфазно с входным колебанием (сдвиг фаз в петле обратной связи должен быть равен 0). Такая обратная связь получила название положительная обратная связь. Однако скоро выяснилось, что положительная обратная связь приводит к нестабильности работы усилителя и ее стали избегать.

Воздействие обратной связи может привести либо к увеличению, либо к уменьшению результирующего сигнала на входе усилителя. В первом случае обратную связь называют положительной, во втором - отрицательной.

Отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя. В начале двадцатого века это было крупным недостатком, однако в настоящее время это легко компенсируется добавлением одного или нескольких каскадов усиления. В то же самое время отрицательная обратная связь в усилителях приводит к улучшению многих его параметров, поэтому она нашла широкое применение.

Известным примером обратной связи являются акустические системы, где кто-то держит микрофон слишком близко к громкоговорителю: возникают сильные «гудение» и «свист», поскольку усилительная аудиосистема обнаруживает и усиливает свой собственный шум. Это частный случай положительной или регенеративной обратной связи, так как любой звук, обнаруженный микрофоном, усиливается и превращается в громкий звук от динамика, который затем снова обнаруживается микрофоном, и так далее... Результатом является шум неуклонно увеличивающейся громкости, пока система не будет «насыщена» и не сможет больше увеличивать громкость.

Схема усилителя, снабженная отрицательной обратной связью, не только более стабильна, но и меньше искажает входной сигнал и, как правило, способна усиливать более широкий диапазон частот. Плата за эти преимущества – это уменьшение коэффициента усиления. Если часть выходного сигнала «подается обратно» обратно на вход, чтобы противодействовать любым изменениям выходного сигнала, то для получения такой же амплитуды выходного сигнала, что была раньше (без обратной связи), потребуется больший входной сигнал. Это уменьшает коэффициент усиления. Однако преимущества стабильности, меньших искажений и большей ширины полосы частот для многих приложений стоят того, чтобы заплатить путем уменьшения коэффициента усиления.

Вид обратной связи зависит, от параметра (напряжения, тока) выходного сигнала, используемого для создания обратной связи и способа подачи обратной связи на вход усилителя. Если параметром выходного сигнала является выходное напряжение усилителя, то в усилителе будет осуществлена обратная связь по напряжению, если ток выходной цепи - обратная связь по току. Возможна и комбинированная обратная связь, т. е. одновременно как по напряжению, так и по току.

При подаче напряжения обратной связи с выхода четырехполюсника последовательно с напряжением источника входного сигнала обратную связь называют последовательной. Когда же напряжение обратной связи подается на вход усилителя параллельно напряжению источника входного сигнала, обратная связь является параллельной.

Оба указанных признака определяют конкретный вид обратной связи усилителя:

1) последовательную обратную связь по напряжению.

2) последовательную обратную связь по току.

3) параллельную обратную связь по напряжению 

4) параллельную обратную связь по току 

Кроме того, существует также смешанная обратная связь, но из-за сложности в изготовлении и настройке данный вид обратной связи большого распространения не получила.