Обратные связи в усилителях

Обратной связью в усилителях называют подачу части (или всего) выходного сигнала усилителя на его вход.

На рис. 6.6 изображена структурная схема усилителя с обратной связью.

Обратные связи в усилителях обычно создают специально. Однако иногда они возникают самопроизвольно. Самопроизвольные обратные связи называют паразитными.

Если при наличии обратной связи входное напряжение U_вх складывается с напряжением обратной связи U_ос, в результате чего на усилитель подается увеличенное напряжение U₁, то такую обратную связь называют положительной.

Если после введения обратной связи напряжения U₁ на входе и U_вых на выходе усилителя уменьшаются, что вызывается вычитанием напряжения обратной связи из входного напряжения U_вх, то такую обратную связь называют отрицательной.

Все обратные связи делятся на обратные связи по напряжению и по току. В обратной связи по напряжению, U_ос=b U_вых, где b - коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи. В обратной связи по току U_ос=R_ocI_вых, где R_ос - взаимное сопротивление выходной цепи и цепи обратной связи. Кроме того, все обратные связи подразделяют на последовательные, при которых цепи обратной связи включают последовательно с входными цепями усилителя, и параллельные, когда цепи обратной связи включают параллельно входным цепям усилителя.

Отрицательная обратная связь уменьшает возникающие в усилителе нелинейные искажения. Это можно объяснить следующим образом. В усилителе без обратной связи при большом входном напряжении за счет нелинейных искажений в выходном напряжении помимо основной гармоники появляются высшие гармонические составляющие, наличие которых искажает форму выходного напряжения. При введении отрицательной обратной связи высшие гармонические составляющие через звено обратной связи подаются на вход усилителя и усиленными появляются на его выходе. Усиленные высшие гармоники вычитаются из выходного напряжения усилителя, так как благодаря действию отрицательной обратной связи они будут поступать в противофазе с высшими гармоническими составляющими, появляющимися вследствие нелинейных искажений усилителя. Таким образом, содержание гармоник при том же значении выходного напряжения уменьшится, а, следовательно, искажения усиливаемого напряжения в усилителе с отрицательной обратной связью будут меньше.

Существует несколько видов паразитных обратных связей:

1) паразитная связь между каскадами через цепи питания;

2) емкостная (электростатическая) связь, обусловленная паразитными емкостями между выходом и входом усилителя;

3) магнитная связь, появляющаяся при близком расположении входных и выходных трансформаторов усилителя.

Наиболее серьезной паразитной обратной связью является связь между каскадами через цепи питания. Такая связь обычно имеется в многокаскадном усилителе, питающемся от одного источника питания. В этом случае токи всех каскадов усилителя замыкаются через источник питания. Мощные оконечные каскады создают на внутреннем сопротивлении источника питания заметное падение напряжения от переменной составляющей тока. Это переменное напряжение попадает в цепи питания первых каскадов усилителя, образуя нежелательные паразитные обратные связи. Для устранения такого вида обратных связей применяют развязывающие Г -образные RС -фильтры, как при сглаживании пульсаций напряжения в выпрямителе. Иногда первые каскады даже питают от отдельного выпрямителя.

Емкостные и индуктивные (магнитные) обратные связи возникают из-за нерационального монтажа, когда в многокаскадном усилителе выходные цепи усилителя расположены вблизи от его входных цепей, что приводит к возникновению заметной емкости и взаимной индуктивности между элементами входной и выходной цепей. Такие виды обратной связи устраняют в основном рациональным монтажом и экранированием первых каскадов усилителя. Для этого индуктивные катушки, трансформаторы, соединительные провода и входные цепи помещают в специальные экраны.