Электроника в вопросах и ответах

На рис. 7.33 представлена схема, поясняющая принцип регулировки усиления с помощью переменного резистора. Напряжение между движком переменного резистора и массой является возбуждающим; оно подводится к усилителю. Если движок находится в верхнем положении, то на сетке или базе транзистора усилителя действует полное входное напряжение. В нижнем положении движка происходит его «соединение» с массой схемы, в результате усилитель не усиливает.

Рис. 7.33. Потенциометр как регулятор усиления

Что такое развязывающая схема?

Все активные элементы многокаскадного усилителя обычно питаются от одного источника постоянного напряжения. Этот источник обладает некоторым внутренним сопротивлением R_ист, которое, как видно из рис. 7.34, а, включено последовательно с нагрузочными резисторами отдельных каскадов усилителя. В связи с этим часть усиленного сигнала каждого каскада появляется на внутреннем сопротивлении источника. Это создает возможность взаимосвязи каскадов с большим уровнем сигнала с начальными каскадами усилительного тракта, в которых уровень сигнала меньше. При этом усилитель может оказаться в неустойчивом режиме работы и даже возбудиться. Возникновению такой ситуации препятствуют развязывающие схемы.

Типичная развязывающая схема представлена на рис. 7.34, б. Это RС-схема, в которой резистор R₀ включен последовательно с резистором нагрузки усилителя, а емкость конденсатора С₀ — между этими двумя резисторами и массой схемы. Развязывающие резисторы разделяют друг от друга нагрузочные резисторы, а конденсаторы эффективно шунтируют не только резистор R₀, но и сопротивление источника питания. Сопротивление резистора R₀ составляет обычно 10 % нагрузочного сопротивления усилителя, а реактивное сопротивление конденсатора С₀ равно 0,1R₀ на самой низкой частоте, пропускаемой усилителем.

Рис. 7.34 Двухкаскадный RС– усилитель без развязывающих (а) и с развязывающими (б) цепями

Глава 8 ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ

Что такое обратная связь?

В общем, это связь в физических, биологических, экономических и других системах, основанная на обратном воздействии результата определенного явления на его причину. Явление обратной связи (ОС) наблюдается в природе повсеместно (например, регулировка температуры тела, давление крови) и является предметом исследований кибернетики.

На чем основана ОС в электронных схемах?

Обратная связь в электронных схемах основана на особом способе возбуждения, при котором выходной сигнал схемы оказывает обратное воздействие на ее входной сигнал. Иначе говоря, часть выходного сигнала, называемая сигналом обратной связи, поступает на вход схемы и суммируется с входным сигналом, в результате чего условия возбуждения схемы подвергаются изменению.

Рассмотрим структурную схему электронного усилителя без ОС и с ОС (рис. 8.1, а и б).

Рис. 8.1. Структурные схемы усилителей без обратной (а) и с обратной (б) связями

Усиление по напряжению усилителя без ОС равно отношению выходного напряжения к входному

К_u = U₂/U₁

Коэффициент усиления К_u часто называют коэффициентом усиления разомкнутой петли обратной связи, поскольку к усилителю не подсоединена цепь ОС. При подключенной цепи ОС (рис. 8.1, б) полное входное напряжение состоит из начального сигнала U₁ и части выходного сигнала, поданного обратно на вход. Сумма этих сигналов усиливается усилителем в К_u раз, так же как и в схеме на рис. 8.1, а, а на выходе возникает выходное напряжение U'₂. Следует отметить, что выходные напряжения U₂ и U'₂ в двух схемах различны, так как в схеме с ОС изменился режим усиления. Напряжение, подведенное с выхода обратно на вход, составляет _fU'₂, и поэтому полное входное напряжение усилителя равно U₁ = U₂ +_fU'₂. Входное напряжение, умноженное на коэффициент усиления, равно выходному напряжению

U'₂ = (U₁ + _fU'₂)·К_u

или после раскрытия скобок

U'₂ = U₁К_u + _fU'₂К_u

После преобразований получим

U₁К_u = U'₂ — _fU'₂К_u = U'₂(1 — _fК_u)

Отношение U'₂/U₁, обозначенное через К'_u, представляет собой, результирующий коэффициент усиления схемы с обратной связью, называемый также коэффициентом усиления с замкнутой цепью ОС:

К'_u = U'₂/U₁ = К_u/(1 — _fК_u)

Полученная зависимость показывает, какому изменению подвергается коэффициент усиления схемы в результате применения ОС.

Далее увидим, что и другие свойства усилителя также изменяются и аналогично коэффициенту усиления зависят от члена (1 — _fК_u), называемого коэффициентом обратной связи [21] .

Что такое положительная обратная связь?

Обратная связь называется положительной, если фаза обратного напряжения, поданного с выхода на вход схемы, совпадает с фазой входного напряжения. При совпадении фаз обоих сигналов на входе усилителя эффективный входной сигнал увеличивается. Это означает, что коэффициент _f, определяющий, какая часть выходного напряжения подается снова на вход, положителен. В связи с этим в соответствии с ранее выведенной зависимостью усиление схемы с положительной обратной связью (ПОС) выражается следующей формулой:

21

Произведение _fК_u часто называют фактором обратной связи. — Прим. ред.

К'_u = К_u/(1 — _fК_u)

Анализируя эту формулу, приходим к выводу, что увеличение коэффициента _f вызывает рост коэффициента К'_u. Если коэффициент усиления усилителя без ОС равен 20, то при использовании ПОС (_f = 0,025) коэффициент усиления при замкнутой цепи ОС составит К'_u = 40. Если коэффициент _f увеличивается и произведение _fК_u приближается к единице, то коэффициент усиления стремится к бесконечности. Такой вывод следует из математической зависимости, практически, однако, такой случай невозможен. В схеме возникает генерация колебаний, а бесконечный коэффициент усиления означает, что генератор сам «поставляет» на вход сигнал, поддерживающий колебания. Положительная обратная связь является основой работы генераторов, причем условия генерации можно выразить следующим образом: схема работает как генератор, если ОС является положительной и достаточно сильной (_fК_u = 1). чтобы поддерживать колебания. Если _fК_u < 1, то в схеме наблюдается только рост усиления. Положительная связь такого типа, называемая иногда регенерирующей связью, используется очень редко (в частности, из-за увеличения искажений).

Что такое отрицательная обратная связь?

Отрицательная обратная связь (ООС) — это связь, при которой фаза напряжения, подведенного с выхода на вход схемы, является противоположной по сравнению с фазой входного напряжения.

Каково влияние ООС на усиление усилителя?

Отрицательная обратная связь вызывает уменьшение коэффициента усиления усилителя. Это следует из того, что в схеме с ООС поданная на вход часть выходного напряжения имеет фазу, противоположную фазе входного напряжения, и поэтому вычитается из него. В результате на входе усилителя действует меньшее напряжение, чем при отсутствии ООС. При этом выходное напряжение также имеет меньшее значение. Поскольку источник сигнала не охвачен цепью ОС, то при том же самом напряжении источника получаем меньшее выходное напряжение, т. е. усиление схемы уменьшается.