9.4. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИЛИТЕЛЯХ

В усилителях переменного тока часто применяют обратную связь. Слова «обратная связь» показывают, что что-то возвращается назад. Но что же? Принцип обратной связи поясняется рис. 9.13. На выходе усилителя поставлен делитель напряжения и часть выходного напряжения подается обратно на вход усилителя. На входе усилителя действует входное напряжение которое следует усилить, и напряжение обратной связи

Рис. 9.13. Обратная связь в усилителе

Если эти напряжения складываются, то обратную связь называют положительной, если вычитаются — отрицательной.

Рассмотрим более подробно отрицательную обратную связь. На вход усилителя подается разность напряжений Эта разность усиливается в раз. В результате получаем выходное напряжение усилителя. Запишем наши рассуждения в виде математической формулы:

Здесь — коэффициент усиления без обратной связи.

Напряжение обратной связи составляет некоторую часть выходного напряжения. Обозначим эту часть буквой .

Тогда мы можем записать:

Величину (3 называют коэффициентом обратной связи.

Подставим значение в первую формулу:

Если раскрыть скобки и привести подобные члены, то мы получим такое математическое выражение:

Теперь легко найти отношение между выходным и входным напряжениями усилителя:

Из этой формулы следует, что отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления.

Убедимся в этом на численном примере. Пусть коэффициент усиления без обратной связи и коэффициент обратной связи

Тогда для усилителя с обратной связью получим

Коэффициент усиления уменьшился ровно в 6 раз.

Сейчас же возникает законный вопрос: зачем нужна такая обратная связь, которая ухудшает характеристики усилителя? Но может быть, проигрывая в усилении, мы получаем какие-то другие преимущества? Какие же?

Эта догадка совершенно правильна. Отрицательная обратная связь повышает стабильность работы усилителя.

Предположим, что по каким-либо причинам коэффициент усиления Ко увеличился на 20 % и , а не 10, как мы условились. Очевидно, что в усилителе без обратной связи выходное напряжение тоже увеличится на 20 %.

Теперь посмотрим, что произойдет, если усилитель охвачен отрицательной обратной связью.

Как видим, коэффициент усиления изменился очень мало. По сравнению с прежним значением он увеличился всего на

Таким образом, отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления, но повышает стабильность работы усилителя.

Вернемся опять к коэффициенту усиления с отрицательной обратной связью:

Предположим, что произведение значительно больше единицы.

Тогда можно приближенно считать

Мы видим, что в нашей формуле вообще отсутствует коэффициент усиления Это очень интересный результат. Из него следует, что если правильно выбрать значение , изменение параметров транзисторов или других элементов усилителя не влияет на величину усиления. Стабильность работы схемы зависит только от стабильности цепи обратной связи. В цепях обратной связи нет транзисторов или каких-либо других элементов, которые значительно меняют свои параметры.

Поэтому коэффициент можно поддерживать с высокой точностью, а следовательно, и весь усилитель будет работать точно и стабильно.

Существуют и другие важные преимущества, которыми обладают усилители с отрицательной обратной связью. Среди них нужно отметить влияние ее на величину входного сопротивления усилителя. У хорошего усилителя входное сопротивление должно быть очень велико. Такой усилитель позволяет усиливать сигналы очень малой мощности и не искажает режим работы электронных устройств, с выхода которых поступает усиливаемое напряжение.

Если усилитель не охвачен обратной связью, то его входное сопротивление

где — ток во входной цепи усилителя. Напряжение показано на рис. 9.13. Это — напряжение на входе усилителя, не охваченного обратной связью. Напряжение легко выразить через выходное напряжение усилителя:

Тогда

Если в усилитель введена отрицательная обратная связь, то его входное сопротивление

Найдем отношение входных сопротивлений в этих двух случаях:

откуда

Таким образом, отрицательная обратная связь увеличивает входное сопротивление усилителя в раз.

На этом полезные преимущества отрицательной обратной связи не оканчиваются. Оказывается, в усилителях, охваченных обратной связью, в раз уменьшается выходное сопротивление. Усилитель с малым выходным сопротивлением может работать на любую нагрузку. При этом величина сопротивления нагрузки не оказывает влияния на работу усилителя.