Рис. 8.2.Обратная связь, охватывающая несколько каскадов
Устойчивы ли схемы с ООС?
В принципе да, однако однозначно ответить на этот вопрос невозможно. Правильнее было бы сказать, что хорошо сконструированный и изготовленный усилитель с ООС является устойчивым. Рассматривая схемы с ООС в общем, можно сказать, что в определенных диапазонах частот существует возможность неустойчивости этих схем. Это следует из того, что коэффициент усиления усилителя является комплексным. Он характеризуется модулем (абсолютным значением) и углом фазового сдвига. В связи с этим нельзя говорить об ООС во всем диапазоне частот, усиливаемых усилителем.
В результате фазовых сдвигов в некоторых диапазонах частот, обычно на краях усиливаемой полосы, связь из отрицательной может стать положительной, и тогда усиление схемы возрастает. Если ОС является положительной и достаточно сильной, то усиление может возрасти до бесконечности, и тогда усилитель превращается в генератор, генерирующий собственные колебания. О таком усилителе говорят, что он нестабильный. Вероятность (опасность) нестабильности увеличивается с ростом ОС (большее произведение фактора обратной связи βfКu) и фазовых сдвигов в цепи ОС. Поэтому вероятность нестабильности больше в схемах с большим усилением и сильной связью, охватывающей несколько каскадов.
Борьба с нестабильностью усилителей в ООС заключается в ограничении числа каскадов, охваченных цепью ОС, до трех, а также на соответствующем формировании частотных характеристик усилителя. Главным принципом в этом случае является дополнительное уменьшение коэффициента усиления на границах, полосы пропускания, т. е. на тех частотах, для которых в результате фазовых сдвигов ООС превращается в ПОС. Тогда при меньших коэффициентах усиления, несмотря на ПОС, паразитные колебания не возникают, поскольку связь очень слабая.
Каковы преимущества и недостатки ООС?
Отрицательная обратная связь позволяет улучшить свойства схемы благодаря следующим преимуществам: уменьшение чувствительности усиления к изменению параметров элементов, режимов питания и внешних факторов; уменьшение нелинейных искажений; возможность формирования частотных характеристик, возможность изменения входного и выходного сопротивлений. К недостаткам ООС относятся уменьшение коэффициента усиления и возможность нестабильности схемы.
Как можно классифицировать цепи ООС?
Цепи ООС классифицируют исходя из способов снятия выходного сигнала и его подачи на вход.
По способу снятия выходного сигнала различают связь по напряжению, в которой выходной сигнал пропорционален выходному напряжению, и связь потоку, характеризующуюся пропорциональностью выходному току.
По способу подачи выходного сигнала на вход различают последовательную связь, при которой обратный сигнал подается последовательно со входным сигналом, и параллельную связь, при которой выходной сигнал цепи ОС вводится параллельно с входным сигналом.
В связи с этим можно выделить четыре основные цепи ООС: по напряжению, параллельного типа; по напряжению, последовательного типа; потоку, последовательного типа; потоку, параллельного типа.
Что такое усилитель с параллельной ООС по напряжению?
Усилительный каскад с ООС по напряжению параллельного типа показан на рис. 8.3.
Рис. 8.3. Усилитель с параллельной ООС по напряжению
Напряжение, возникающее на коллекторе, в схеме с ОЭ сдвинуто на 180° по отношению к напряжению, действующему на базе, и с помощью RfCf-цепочки снова подается на базу.
Конденсатор Cf разделяет лишь постоянные потенциалы, действующие на коллекторе и базе. Резистор Rf совместно с сопротивлением, включенным между базой и массой, а следовательно, учитывающий как резистор R1и сопротивление источника, так и входное сопротивление транзистора, образует делитель обратного напряжения, который определяет коэффициент βf. Источники напряжения ОС и входного сигнала, поданного на базу через конденсатор C1, включены параллельно.
Из такого способа возбуждения и следует название цепи ОС: по напряжению параллельного типа. Для цепей этого типа характерно уменьшение входного и выходного сопротивлений. Параллельная связь по напряжению часто используется в качестве многокаскадной связи, примеры которой представлены на рис. 8.4, а и б. В схеме рис 8 4, а, состоящей из двух транзисторов, напряжение ОС снимается с вторичной обмотки трансформатора с встречной навивкой обмоток, что обозначено соответствующим расположением точек). Таким образом обеспечивается соответствующая полярность напряжения ОС.
В трехтранзисторной схеме (рис. 8.4, б) благодаря соответствующей фазе напряжения на выходе имеется возможность непосредственной подачи напряжения ОС (на вход схемы - прим. перев.).
Рис. 8.4. Многокаскадные усилители с параллельной ООС по напряжению:
а - двухкаскадный; б - трехкаскадный
Что такое усилитель с последовательной ОС по напряжению?
Типовая схема последовательной ОС по напряжению представлена на рис. 8.5.
Рис. 8.5.Усилитель с последовательной ООС по напряжению
Выходное напряжение, полярность которого противоположна напряжению на управляющей сетке лампы, делится с помощью делителя напряжения R1R2. Часть выходного напряжения, действующая на резисторе R2, является напряжением ОС. Это напряжение подводится к входной цепи благодаря соединению средней точки делителя с нижним концом вторичной обмотки трансформатора, т. е. последовательно с входным напряжением. Сумма этих двух напряжений является входным напряжением усилителя.
Другие схемы с ООС рассматриваемого типа показаны на рис. 8.6.
Во всех трех схемах напряжение ОС подается в цепь катода синфазно с управляющим напряжением. Поскольку эффективное входное напряжение усилителя является разностью переменных напряжений, действующих на сетке и катоде, условия питания аналогичны тем, которые имеют место при последовательном соединении двух источников переменного напряжения, из которых одно (соответствующее переменному напряжению на катоде) имеет противоположную полярность по отношению к другому.
Рис. 8.6.Усилители с последовательной ОС по напряжению:
а - двухламповая схема: б - двухламповая с трансформатором, не инвертирующим фазу; в - одноламповая с фазоинвертирующим трансформатором
Из рис. 8.6 следует, что в однокаскадном усилителе такой способ введения напряжения ОС возможен только при использовании трансформатора, переворачивающего (инвертирующего) фазу напряжения, действующего на аноде лампы. Для резистивного усилителя (рис. 8.6, б) необходимы два каскада. Если в схеме применяется трансформатор, то он не инвертирует фазу напряжения (рис. 8.6, в).
В транзисторных схемах число каскадов резистивного усилителя, обеспечивающее соответствующую фазу обратного напряжения, подводимого к резистору в цепи эмиттера, также должно быть четным.
Усилители со связью по напряжению последовательного типа характеризуются повышенным входным сопротивлением и пониженным выходным.