Обратная связь в электронных устройствах

Обратной связью (ОС) в общем случае называется подача части (или всей) энергии из выходной цепи во входную. Структурная схема организаций ОС в электронных устройствах показана на рис. 3.14, где К₀ – коэффициент прямой передачи сигнала, ϰ – коэффициент передачи цепи ОС, контур К₀ - ϰ – петля ОС. Практически почти всегда ОС рассматривают как однонаправленную, т.е. считают, что прямой передачи сигнала через цепь ОС нет. При этом в физическом плане ОС может быть:

- внутренней, обусловленной природой используемых активных элементов;

- внешней, организуемой с помощью специальных цепей ОС;

- паразитной, образующейся за счет паразитных связей между элементами устройства.

Следует отметить, что ОС сильно влияет на характеристики устройств и, если внутренняя и паразитная ОС трудно устранимы и не всегда управляемы, то за счет внешней ОС можно значительно улучшать их выходные параметры.

В зависимости от присоединения цепи ОС ко входу и выходу устройства различают:

- последовательную (со сложением напряжений) ОС по напряжению, когда сигнал ОС ~ U_вых (рис. 3.15 а);

- последовательную ОС по току, когда сигнал ОС ~ I_вых (рис. 3.15 б);

- параллельную (со сложением токов) ОС по напряжению (рис. 3.15 в);

- параллельную ОС по току (рис. 3.15 г).

Практически тип ОС можно определить путем закорачивания или обрыва цепей источника сигнала и нагрузки: если сигнал ОС пропадает при обрыве источника – последовательная ОС, если при закорачивании источника – параллельная ОС, если при закорачивании нагрузки – ОС по напряжению, если при обрыве нагрузки – ОС по току.

Для оценки влияния ОС на характеристики устройства рассмотрим, например, последовательную ОС по напряжению (рис. 3.15 а). Считая, что  из рис 3.15 а получаем ; , откуда коэффициент передачи

                                       ,                               (3.21)

т.е. при введении ОС коэффициент передачи изменяется в  раз, где величину  обычно называют петлевым усилением. Из (3.21) следует, что для положительной ОС

                                            ,                                     (3.22)

а для отрицательной –

                                            ,                                     (3.23)

т.е. введение положительной ОС увеличивает, а отрицательной – уменьшает К _U.

Полагая ϰ = const, что на практике выполняется в большинстве случаев, из (3.23) нетрудно получить фундаментальное соотношение для цепей с отрицательной ОС

                         ,                 (3.24)

что означает повышение стабильности  в широком смысле, а именно, к изменениям режима, параметров сигнала, температуры и т.п.

Аналогично предыдущему можно показать, что при последовательной отрицательной ОС по напряжению

                            ,                    (3.25)

а при параллельной отрицательной ОС по току –

                           .                   (3.26)

Эти качества отрицательной ОС позволяют при ее применении, помимо повышения стабильности, придавать устройствам свойства, близкие идеальным управляемым источникам тока и напряжения.

3.5. Контрольные вопросы и задания

3.5.1. Приведите классификацию электронных усилителей.

3.5.2. Какие характеристики усилителей вы знаете?

3.5.3. Чем вызываются искажения электронных усилителей: нелинейные? частотные? фазовые?

3.5.4. Охарактеризуйте структуру и основные свойства однокаскадных усилителей.

3.5.5. Приведите схему повторителя напряжения.

3.5.6. Можно ли использовать схему повторителя тока для усиления мощности?

3.5.7. Какова особенность работы однокаскадного усилителя напряжения?

3.5.8. Как выглядит АЧХ усилительного устройства?

3.5.9. В чем заключаются преимущества каскодного усиления?

3.5.10. Расскажите об особенностях работы ДК.

3.5.11. Каково основное назначение токового зеркала?

3.5.12. В чем заключается роль ОС в электронных устройствах?

3.5.13. С использованием параметров r _Э, r _К, r _Б эквивалентной схемы БТ (рис. 2.8) определить номиналы режимных элементов R ₁, R ₂, R_K, R _Э усилителя напряжения (рис. 3.7 а) для заданных значений напряжения E _П и рабочего тока I _Э» I_K, коэффициента усиления К _U, входного R _вх и выходного R _вых сопротивлений (табл. 3.1):

Таблица 3.1.

N варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
IЭ, мА	0,2	0,5	1,0	0,2	0,5	1,0	0,2	0,5	1,0	0,2	0,5	1,0
R вх, кОм (не менее)	200	100	50	200	100	50	200	100	50	200	100	50
R вых, Ом (не более)	5	10	15	5	10	15	5	10	15	5	10	15
К U	20	20	20	15	15	15	10	10	10	5	5	5
ЕП, В	10	10	10	7,5	7,5	7,5	5,0	5,0	5,0	2,5	2,5	2,5

Примечания: 1) Падение напряжения U _БЭ в нормальном активном режиме БТ считать равным U ^* = 0,6 В.

                  2) В схеме усилителя напряжения при R _Э ¹ 0 присутствует последовательная отрицательная ОС по току.

3.5.14. Определить номиналы элементов ДК (рис. 3.11 а) и внутреннее сопротивление ИТ R _Г в цепи эмиттеров БТ для следующих значений коэффициента ослабления синфазного сигнала К_ОСС (табл. 3.2):

Таблица 3.2.

N варианта	1	2	3	4	5	6
КОСС, дБ	40	60	80	100	120	140

 

3.5.15. Рассчитать номиналы элементов токовых зеркал (рис. 3.13 а и б) для различных значений напряжения источника питания E _П, коэффициента отражения тока g и рабочего тока I _Э» I_K (табл. 3.3):

Таблица 3.3.

N варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
g	2:1	1:1	1:2	1:4	2:1	1:1	1:2	1:4	2:1	1:1	1:2	1:4
IЭ, мА	0,5	0,5	1,0	1,0	0,5	0,5	1,0	1,0	0,5	0,5	1,0	1,0
ЕП, В	10	10	10	10	5,0	5,0	5,0	5,0	2,5	2,5	2,5	2,5