14.5. УСИЛИТЕЛЬ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, ИЛИ ТРАНСИМПЕДАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Рассмотренная в § 14.4 схема усилителя напряжения на практике не получила широкого применения в приемниках оптических систем связи. Обычно предпочитают использовать усилитель с обратной связью, схема которого приведена на рис. 14.11. Его основное преимущество — отсутствие необходимости осуществлять какую-либо коррекцию. Шумы такого усилителя могут быть много меньше, чем у обычного усилителя напряжения без коррекции.

Передаточную функцию рассматриваемого усилителя можно определить путем суммирования токов на его входе, имея в виду, что входное сопротивление усилителя учтено в R и что

В результате получаем

Откуда

Рис. 14.11. Усилитель с обратной связью

Рис. 14.12. Эквивалентная шумовая схема усилителя с обратной связью

Следовательно,

При выполнении условия

окончательно находим

Таким образом, не потребуется никакой последующей коррекции сигнала в полосе частот при условии, что выполняется соотношение

В этом случае

Эквивалентная шумовая схема усилителя с обратной связью представлена на рис. 14.12. Источник шумового тока учитывает дробовой шум, шум тока усилителя и тепловой шум резисторов смещения и входного сопротивления усилителя, как это представлено уравнением (14.4.5). Шум обратной связи представляет собой простое шумовое напряжение, генерируемое на резисторе обратной связи,

Спектральную плотность шума на выходе усилителя можно найти следующим образом. Сначала мы вычислим спектральную плотность шума на выходе, создаваемую каждым из трех источников шума соответственно), а затем, используя

принцип суперпозиции, найдем сумму средних квадратов найденных величин. Таким образом, для источника шумового напряжения

откуда находим

Для шумового источника тока можно написать

или

Для источника шума, обусловленного обратной связью, справедливо соотношение

Следовательно, общая спектральная плотность шума на выходе усилителя

После интегрирования полученного выражения в требуемой полосе частот находим результирующий средний квадрат шума на выходе усилителя

Подставляя значение вычисленное по (14.4.5), и используя соотношение (14.5.6), получаем окончательное выражение для отношения сигнал-шум

Следует отметить, что полученное выражение идентично (14.4.10), если в слагаемых а заменить на Заметим, что можно увеличить значение R и для уменьшения влияния соответствующих источников шума без осуществления последующей коррекции. Разумеется, до тех пор, пока условие (14.5.5) будет выполняться.

Основная проблема усилителей данного типа — обеспечение их устойчивости. Использование протяженной цепи обратной связи, охватывающей усилитель с большим коэффициентом усиления и высоким входным импедансом, делает схему усилителя склонной к самовозбуждению на высоких частотах вследствие возникновения положительной обратной связи через паразитную емкость. Чтобы избежать самовозбуждения, требуется тщательная, продуманная компоновка и эффективная экранировка соответствующих элементов схемы.