§ 6. ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ
1. Основные схемы отрицательной обратной связи
Качественные показатели усилителя улучшаются, если в нем применяется отрицательная обратная связь (ООС).
В результате применения ООС происходит значительное умень шение нелинейных, частотных и фазовых искажений, возникаю щих в усилителе. Заметно повы шается стабильность коэффици ента усиления и полосы пропу скания. Может быть изменено входное и выходное сопротивле ние усилителя.
Малая величина нелинейных искажений в усилителе с отрица тельной обратной связью позво ляет повысить его КПД и выход
ную |
неискаженную |
мощность, |
что |
имеет |
особо важное значе |
ние |
для |
усилителей |
мощности |
низкой частоты.
В усилителях напряжения от рицательная обратная связь обычно применяется для расши рения их полосы пропускания, т. е. для уменьшения частотных и фазовых искажений, а также для стабилизации параметров.
Усилитель может состоять из одного каскада или быть много каскадным. В большинстве ра диоприемников усилители с ООС являются однокаскадными. По этому в данной книге рассматри ваются только такие усилители. Усилительный каскад с ООС может быть низкочастотным или высокочастотным. Практически
Рис. 2.54. Основные схемы отрица- тельной обратной связи:
а — последовательная обратная связь по напряжению; б — параллельная обратная связь по напряжению; в — последователь ная обратная связь по току; г — комби нированная обратная связь
ООС чаще используется в усилителях низкой частоты Будем считать, что они ламповые.
В усилительном каскаде с ООС на сетку лампы одновременно с входным напряжением подается также несколько меньшее напря жение обратной связи, фаза которого в области средних частот усилителя противоположна фазе входного напряжения. Напряже ние обратной связи Ufi создается в самом каскаде. Оно получается в его выходной цепи,
Напряжение обратной связи бывает пропорционально либо вы ходному напряжению, либо выходному току. В первом случае полу
чается обратная |
связь по н а п р я ж е н и ю . Во втором случае |
обратная связь |
по т о к у . |
Несколько реже встречается комбинированный вид обратной
связи |
(по напряжению и по току). |
В |
зависимости от способа подачи напряжения обратной связи |
на вход усилителя различают последовательную и параллельную обратную связь.
Перечисленные варианты схем отрицательной обратной связи приведены на рис. 2.54. Из этих схем видно, что в усилителе с от рицательной обратной связью напряжение на сетке лампы не равно входному напряжению. Оно меньше его на величину напряжения обратной связи. Это обстоятельство служит причиной уменьшения коэффициента усиления усилителя, в котором применена отрица тельная обратная связь. Для компенсации этого недостатка прихо дится увеличивать усиление в предыдущих каскадах. Затруднений при этом обычно не возникает.
2. Усилители с последовательной обратной связью по напряжению
Из всех схем отрицательной обратной связи наибольшее приме нение получила схема с последовательной обратной связью по на
пряжению |
(рис. 2.54, а) . Объясняется это |
тем,"что в ней |
наиболее |
удачно сочетаются все лучшие свойства |
отрицательной |
обратной |
связи. |
* |
|
|
Пользуясь рис. 2.54, а, выведем формулу для коэффициента уси ления уоилителя с отрицательной обратной связью. В этой схеме напряжение обратной связи получается при помощи делителя, со
стоящего из |
сопротивлений R\ и R%, суммарная |
величина |
которых |
значительно |
больше сопротивления нагрузки |
поэтому |
делитель |
напряжения на величину полезной нагрузки усилителя влияния не оказывает. Напряжение обратной связи подается на вход усили теля в противофазе с входным напряжением и напряжение на сетке лампы равно их разности:
(2.133)
В рассматриваемой схеме уоилителя напряжение обратной связи
составляет некоторую часть выходного напряжения: |
|
вых> |
(2.134) |
Отсюда вытекает, что коэффициент обратной связи представляет собой отношение напряжения обратной связи усилителя к его вы ходному напряжению. В общем случае коэффициент р может быть любой величины. Однако в усилителе, изображенном на рис. 2.54, а, его можно изменять только от нуля (обратной связи нет) до еди ницы (обратная связь максимальная). Это следует из того, что в данной схеме
В = —
?Rt + R,'
где |
сопротивления |
Ri и R2 могут |
иметь произвольные величины. |
|
На |
практике в подобных усилителях |
коэффициент |
обратной |
связи обычно выбирают в пределах 0,05—0,2. |
|
|
|
|
Величина выходного напряжения зависит от напряжения на сет |
ке лампы: |
|
|
UaM |
= |
K-Ue. |
|
|
(2.135) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, напряжение' обратной связи U,. |
=$KUg. |
Подста |
вив |
это значение |
/7р в формулу |
(2.133), получим |
L / g = i 7 B X — $ K U g , |
откуда |
|
|
|
UBX = Ug(l+$-K). |
|
|
(2.136) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Так как коэффициент усиления всякого усилителя равен отно |
шению |
выходного |
напряжения |
к напряжению на |
входе, то |
|
|
|
|
|
|
* Р = т т т * . |
|
|
|
< 2 Л 3 7 > |
где |
/Ср—коэффициент |
усиления усилителя |
с отрицательной |
обрат |
|
К— |
ной связью; |
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент |
усиления |
того же усилителя без |
обратной |
|
|
|
связи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким |
образом, в |
результате |
отрицательной |
обратной |
связи |
коэффициент усиления |
усилителя |
уменьшается в |
\+$К |
раз. Про |
исходит это потому, что при наличии отрицательной обратной свя зи напряжение на сетке лампы оказывается меньше входного на пряжения в 1+р/С раз.
В самом деле, из уравнения (2.136) видно, что
и* = ТТЩ- |
( 2 - 1 3 8 ) |
Выше было оказано, что напряжение обратной связи |
всегда |
меньше входного напряжения. Покажем, что это действительно так:
£/р = |
$KUg = [ЪК-(<УВХ - U?) = (ВД, Х - р/О/р. |
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученные формулы для К?, |
Ug |
н U? верны для средних ча |
стот всех усилителей, схемы которых изображены |
на |
рис. 2.54. За |
пределами средних частот они требуют |
уточнения |
в |
зависимости |
от особенностей принципиальной схемы усилителя. |
|
|
|
|
|
Р е з и с т о р н ы й |
у с и л и т е л ь с |
|
п о с л е д о в а т е л ь н о й |
|
о б р а т н о й с в я з ь ю п о н а п р я ж е н и ю |
|
|
Принципиальная |
схема резисторного |
усилителя с последователь |
ной обратной связью по напряжению приведена |
на рис. 2.55. В ней |
напряжение |
обратной связи |
создается |
на резисторе |
R.2 и подается |
|
|
|
|
|
на сетку лампы последовательно с |
|
|
|
|
|
входным |
напряжением. |
Совершен |
|
|
|
|
|
но очевидно, что оно является |
|
|
|
|
|
частью выходного |
напряжения. |
|
|
|
|
|
|
|
Графики, |
иллюстрирующие |
фи |
|
|
|
|
|
зические процессы в усилителе при |
|
|
|
|
|
усилении |
синусоидального |
напря |
|
|
|
|
|
жения |
средней |
частоты, |
приведены |
|
|
|
|
вых |
на |
рис. 2.56. Они |
строятся |
в |
том |
|
|
|
|
|
же порядке, как и для |
усилителя |
|
|
|
|
|
без |
обратной |
связи. |
|
Необходимо |
|
|
|
|
|
только |
|
учесть, |
|
что |
|
на |
сетку |
|
|
|
|
|
лампы |
|
теперь |
подается |
не |
все |
Рис. 2.55. |
Схема |
резисторного |
входное |
напряжение, |
|
а |
только |
усилителя |
с последовательной об |
часть |
его. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ратной связью |
по |
напряжению |
|
С |
целью |
выяснения |
частотных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
свойств |
усилителя |
|
с |
|
отрицатель |
ной обратной связью по напряжению составим его эквивалентную схему. Для этого выведем уравнение для переменной составляю щей анодного тока лампы в области средних частот, считая Rn~^>Ra.
На средних частотах усилителя крутизна рабочего участка се точной динамической характеристики
Ri+Ra
Поэтому
S -U
Но в схеме усилителя с отрицательной обратной связью напря жение Ug определяется по формуле 2.136.
Следовательно,
