Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
усилителе, может приводить к значительной неопределенности в отношении
коэффициента усиления усилителя в целом. Например, для популярных
интегральных схем (ИС) типа 741 типичное значение коэффициента усиления
напряжения - 200 ООО, однако в технических данных, которыми производитель
сопровождает изделия, указано, что отдельные образцы могут иметь
коэффициент усиления всего лишь 20 ООО.
Отрицательная обратная связь дает возможность решить эту проблему,
связанную с колебаниями коэффициента усиления.
4.3 Усилитель с обратной связью
Действие отрицательной обратной связи становится ясным в результате
анализа основной схемы усилителя с обратной связью, сопровождаемого од-
ним-двумя простыми расчетами. На рис. 4.2 приведена блок-схема петли
обратной связи, включающей усилитель с коэффициентом усиления А0 и
аттенюатор, с помощью которого определенная (/? -ая) часть выходного
напряжения подается обратно на вход. В общем случае мы будем считать, что
полярность сигнала не меняется при его прохождении через усилитель и по
цепи обратной связи, так что сигнал обратной связи складывается с входным
сигналом. Затем, выполняя выкладки, мы можем изменить знак коэффициента
передачи цепи обратной связи или усилителя, чтобы сделать обратную связь
отрицательной.
Имея в виду схему на рис. 4.2, мы можем определить результирующий
коэффициент усиления напряжения А усилителя с обратной связью. Он
задается просто как отношение выходного напряжения к входному:
Рассмотрим теперь сигнал е на входе основного усилителя с коэффициентом
усиления А0:
е = vin + fivout ¦
Но нам известно также, что
^out = А0е-
Поэтому
^out - А0 (^in Pvo\A )•
Выполняя преобразование, получим
v/out(1-M) = Av/in.
Усилитель с обратной связью 65
Г-
?_
Сумматор
сигналов
т
Усилитель
Коэффициент усиления напряжения А0
Аттенюатор.
Коэффициент
передачи
напряжения
/5
т~
I
*\>и*
Сигнал обратной связи
Рис. 4.2. Усилитель, охваченный обратной связью.
^out ^0
^in 1-Mo '
Следовательно, коэффициент усиления напряжения равен
Л = -^- (4-1)
1-М
Равенство (4.1) является главным для усилителя с обратной связью.
Коэффициент усиления Ад самого усилителя часто называют коэффициентом
усиления без обратной связи, а величину А - коэффициентом усиления с
обратной связью. Когда справедливо соотношение (4.1), обратная связь
положительна, и сразу можно видеть интересную особенность, заключающуюся
в том, что А становится бесконечным при /3 А0= 1. Бесконечное усиление
подразумевает, что сигнал на выходе усилителя будет возникать в
отсутствие сигнала на входе, и именно это и происходит. На положительной
обратной связи основано действие генераторов (сигнал-генераторов), более
полно обсуждаемое в главе 12.
Чтобы сделать обратную связь отрицательной, мы можем изменить знак у /3 ,
вычитая сигнал обратной связи из входного, а не складывая их.
Тогда
А = Л._. (4.2)
1 + /?А0
Зак. 4729.
66 Отрицательная обратная связь
Если теперь, как это обычно бывает,
М "1
, 1 Л
то можно пренебречь единицей в знаменателе и
Мо'
а это значит, что для коэффициента усиления напряжения справедливо
приближенное равенство
А *1 (4.3)
Р
Это самое важное соотношение, так как впервые мы "спроектировали"
усилитель с точно заданным коэффициентом усиления напряжения. Пока
коэффициент усиления без обратной связи много больше коэффициента
усиления с обратной связью (например, в сто раз больше), усиление с
обратной связью не зависит от характеристик усилителя и определяется
только величиной р . Этот коэффициент передачи цепи обратной связи Р
обычно зависит только от сопротивлений двух резисторов в делителе
напряжения. Резисторы являются самыми стабильными компонентами в
электронике; сопротивление резисторов можно задать с любой желаемой
точностью, и его изменение со временем маловероятно. Отрицательная
обратная связь распространяет эти качества - точность и стабильность - на
коэффициент усиления всего усилителя.
4.4 Отрицательная обратная связь и частотная характеристика
Никакой усилитель не дает один и тот же коэффициент усиления на всех
частотах. Далее, в главе 7, будет показано, что коэффициент усиления
любого усилителя начинает падать на высоких частотах, главным образом из-
за его внутренней паразитной емкости. Когда коэффициент усиления слишком
сильно меняется при изменении частоты сигнала, говорят, что усилитель
имеет плохую частотную характеристику. Этот недостаток иногда называют
частотными искажениями, но их не следует путать с нелинейными
искажениями, обсуждаемыми в разделе 4.5. Отрицательная обратная связь
может скорректировать плохую частотную характеристику в пределах
интервала частот, на котором коэффициент усиления без обратной связи
остается много большим, чем усиление с обратной связью; в этих пределах
применимо равенство (4.3) и усиление не зависит от частоты. На рис. 4.3
приведены частотные характеристики усилителя на основе ИС типа 741.
Верхняя кривая относится к разомкнутой петле обратной связи; на самом
