Обратная связь в усилителях

Лекция 10

Обратная связь жизненно важна для большинства действий человека. Чтобы выполнить то или иное действие, мы должны иметь возможность видеть, что мы делаем, и вносить необходимые поправки. Другими словами, мы результат заставляем соответствовать нашим намерениям. Системы управления с использованием обратной связи, часто называют сервосистемами (буквально, ведомыми системами), и они играют важную роль в промышленной автоматике. Обратная связь широко применяется в различных электронных устройствах. Она осуществляется подачей части или всего выходного сигнала устройства обратно на его вход (Рис. 10.1).

Рис.10.1

Структурная схема усилителя с обратной связью

Структурная схема усилителя с обратной связью (Рис. 10.1) состоит из двух усилителей. Верхний усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению (в направлении с лева направо), равный

К = U_вых/ U_{вх у} .

Нижний усилитель служит для передачи выходного напряжения на вход верхнего усилителя. Нижний усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению (в направлении справа налево), равный

К_ос = U_ос/U_вых.

Коэффициент К_ос показывает, какая часть выходного напряжения передается обратно на вход, поэтому его называют коэффициентом обратной связи. Обычно К_ос < 1, поэтому вместо нижнего усилителя можно применять пассивный линейный четырехполюсник. Напряжение на входе усилителя с обратной связью равно,

U_{вх у} = U_вх + U_ос = U_вх + К_ос U_вых.

Напряжение на выходе усилителя

U_вых = К(U_вх + К_ос U_вых).

Выполняя преобразования, получим

U_вых - KК_ос U_вых = U_вых(1 - KК_ос) = КU_вх.

Коэффициент усилителя охваченного обратной связью,

А = U_вых/U_вх = К/(1 - KК_ос)

.

Это соотношение является основным соотношением в теории усилителей с обратной связью.

Знаменатель 1 – КК_ос может быть либо больше единицы, либо меньше единицы, либо равен единицы. В первом случае коэффициент усиления с обратной связью А уменьшается по сравнению К, во втором увеличивается по сравнению К, в третьем А = К (обратная связь отсутствует). Другими словами:

1. А > K – обратная связь положительная;

2. А < K – обратная связь отрицательная.

Отрицательная обратная связь (ООС)

Обратную связь называют отрицательной, когда выходной сигнал подается обратно на вход усилителя с полярностью, противоположной полярности исходного входного сигнала. Т.е. усилитель сдвигает фазу на угол

∟(α+β) = 180⁰.

Таким образом, уравнение

А = К/(1 – КК_ос),

приобретает вид

А = К /(1 + КК_ос).

Если (как это и бывает)

КК_ос >> 1, K >> 1/К_оc

то

А = К/КК_ос = 1/К_ос.

Это самое важное соотношение. Пока коэффициент усиления усилителя без обратной связи К на много больше коэффициента усиления усилителя с обратной связью А (например в 100 раз), усиление с обратной связью не зависит от К и определяется только величиной К_ос.

Дата добавления: 2014-01-05