Основы радиоэлектроники и связи

8. Прохождение детерминированных сигналов через активные линейные цепи : 8.5. Обратные связи в усилителях

8.5.4 Характеристики усилителей с ООС

Введение ООС в усилительные схемы приводит к ряду положительных результатов. Рассмотрим некоторые из них.

Стабилизация коэффициента передачи

Пусть усилитель без ООС имеет коэффициент передачи K, нестабильность его, обусловленная различными дестабилизирующими факторами, оценивается величиной DK. Тогда при использовании ООС в соответствии с основным линейным соотношением можно записать:

Поскольку в цепях ОС обычно используются достаточно стабильные линейные пассивные элементы, K_oc можно считать величиной постоянной. Поэтому:

.

Таким образом нестабильность усилителя с ООС  K^* меньше нестабильности усилителя без ООС.

При глубокой ООС, т.е. при KK_oc>>1 , имеем: 

.

Следовательно, усилитель с глубокой ООС, имеет коэффициент передачи, определяющийся только цепью ОС, и поэтому очень стабилен.

Ослабление нелинейных искажений

Нелинейные искажения в усилителе обусловлены выходом мгновенных значений сигналов за пределы линейной части амплитудной характеристики усилителя U_m,вых(U_m,вх).

Поскольку введение отрицательной ОС уменьшает коэффициент передачи в (1+KK_ос) раз, во столько же раз может быть увеличено входное напряжение, соответствующее началу нелинейного участка амплитудной характеристики.

На рис.16 показаны амплитудные характеристики усилителя без ООС и с ООС.

Рис.16

Частотные характеристики усилителя с ООС

Самое наглядное представление о влиянии на АЧХ ООС дает пример с глубокой ООС.
Пусть усилитель без ОС имеет частотный коэффициент передачи , а цепь ОС - . Тогда при ООС:

При K(w)K_oc(w )>>1 в достаточно широкой полосе частот, имеем

Если цепь ОС состоит из резисторов, то при глубокой ООС можно получить частотную характеристику усилителя с равномерной АЧХ в широкой полосе частот. В качестве примера можно вспомнить каскад с ОК, который имеет K^*=1 из-за глубокой (100%-ной) ОС, и следовательно очень широкую полосу частот. Принято считать для данного типа активного элемента постоянной величину произведения коэффициента усиления в рабочей области на полосу частот этой области. Если каскад при полосе D f имеет K_о , то для него является постоянной величина П= K_о D f . При уменьшении K_о полоса Df увеличивается и наоборот. Это отражено на рис.17, где K_о(f_в-f_н)=K^*_o(f^*_в-f^*_н).

Рис.17

В современной схемотехнике ОС используются очень широко. Часто применяют несколько цепей ОС, охватывая ими или отдельные каскады или цепочки каскадов. Знание теории ОС позволяет выявить появление возможных паразитных положительных ОС, приводящих к неустойчивой работе усилителя, и успешно бороться с этим явлением.

Ряд современных усилителей, называемых операционными, применяются только с использованием различных ООС, что позволяет получать устройства с заданными характеристиками.

Таблица

В таблице даны основные параметры схем с отрицательными обратными связями.

© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004