АЧХ усилителя, охваченного ООС

Практическиое задание: Обратная связь в усилителях.

Обратная связь в усилителях

Усилитель, у которого часть энергии выходного сигнала подается на вход, называется усилителем с обратной связью. Структурная схема усилителя с обратной связью показана на рисунке:

На вход усилителя с коэффициентом усиления К подается сигнал y. Он равен сумме входного сигнала x_вх и сигнала z, поступающего по цепи обратной связи z = Β · x_вых. Здесь Β - коэффициент обратной связи. Сигнал на выходе усилителя x_вых будет равен y · K, или: x_вых = (x_вх + Β · x_вых) · К. Связь между входным и выходным сигналами в таком усилителе равна

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен

В рассмотренном случае y = х_вх + z, т.е. на входе сигналы суммируются. Такая обратная связь называется положительной. Положительная обратная связь в усилителях не используется.

В усилителях используется отрицательная обратная связь (ООС), при которой y = х_вх - z.

Коэффициент усиления усилителя с ООС равен

где К – коэффициент прямой передачи, или коэффициент усиления без обратной связи, Β – коэффициент передачи цепи обратной связи, 1 + Β·k – глубина обратной связи, Β·k – петлевое усиление.

При Β·k >> 1, K_oc ≈ 1/Β, т.е. при глубоком ООС зависит только от свойств цепи обратной связи.

В общем случае K и Β имеют комплексный характер . Для упрощения удобно считать частотно независимыми, т.е. действительными величинами K и Β.

Влияние отрицательной обратной связи на основные характеристики усилителя

Влияние положительной обратной связи не рассматриваем, т.к. она в усилителях практически не используется. Возникновение паразитных положительных обратных связей приводит к ухудшению характеристик усилителя и отказам в работе, что приводит к необходимости предпринимать меры, обеспечивающие устранение или ослабление действия положительной обратной связи.

На практике широко используются отрицательные обратные связи (ООС) в усилителях для целенаправленного изменения характеристик:

Наверх

Коэффициент усиления (К_ос)

Как отмечалось выше, коэффициент усиления усилителя, охваченного ООС, определяется по формуле:

Если глубина ООС достаточно велика ΒK >> 1, то K_oc = 1/Β. Это значит, что K_oc зависит только от свойств цепи обратной связи и не зависит от свойств цепи прямой передачи (транзисторы, ОУ и т.д.), которые не отличаются высокой стабильностью параметров. Если цепь обратной связи содержит только высокостабильные элементы (резисторы, конденсаторы и т.д.), то K_oc оказывается стабильным, т.е. всякое изменение коэффициента усиления ослабляется действием ООС.

Наверх

АЧХ усилителя, охваченного ООС

ООС уменьшает частотные искажения, т.е. расширяет полосу пропускания Δf как в сторону низких (f_H), так и в сторону высоких (f_B) частот.

Рассмотрим пример, где цепь прямой передачи образует ОУ типа К140УД8, а цепь обратной связи резисторы R1 = 9 кОм, R2 = 1 кОм:

R1 и R2 - делитель напряжения, причем .

,

АЧХ ОУ К140УД8 и ОУ охваченного ООС с Β = 0,1 показаны на рисунке:

Частота среза f_ср ОУ без ООС равна 10 Гц.

Для определения частоты среза f_ср.ос усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, в первом приближении достаточно провести горизонтальную линию на уровне | | = 10 до пересечения с амплитудно-частотной характеристикой используемого операционного усилителя К140УД8. f_ср.ос = 5·10⁵ Гц.