Типичная развязывающая схема представлена на рис. 7.34, б. Это RС-схема, в которой резистор R0 включен последовательно с резистором нагрузки усилителя, а емкость конденсатора С0 — между этими двумя резисторами и массой схемы. Развязывающие резисторы разделяют друг от друга нагрузочные резисторы, а конденсаторы эффективно шунтируют не только резистор R0, но и сопротивление источника питания. Сопротивление резистора R0 составляет обычно 10 % нагрузочного сопротивления усилителя, а реактивное сопротивление конденсатора С0 равно 0,1R0 на самой низкой частоте, пропускаемой усилителем.
Рис. 7.34 Двухкаскадный RС-усилитель без развязывающих (а) и с развязывающими (б) цепями
Глава 8
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Что такое обратная связь?
В общем, это связь в физических, биологических, экономических и других системах, основанная на обратном воздействии результата определенного явления на его причину. Явление обратной связи (ОС) наблюдается в природе повсеместно (например, регулировка температуры тела, давление крови) и является предметом исследований кибернетики.
На чем основана ОС в электронных схемах?
Обратная связь в электронных схемах основана на особом способе возбуждения, при котором выходной сигнал схемы оказывает обратное воздействие на ее входной сигнал. Иначе говоря, часть выходного сигнала, называемая сигналом обратной связи, поступает на вход схемы и суммируется с входным сигналом, в результате чего условия возбуждения схемы подвергаются изменению.
Рассмотрим структурную схему электронного усилителя без ОС и с ОС (рис. 8.1, а и б).
Рис. 8.1. Структурные схемы усилителей без обратной (а) и с обратной (б) связями
Усиление по напряжению усилителя без ОС равно отношению выходного напряжения к входному
Кu = U2/U1
Коэффициент усиления Кu часто называют коэффициентом усиления разомкнутой петли обратной связи, поскольку к усилителю не подсоединена цепь ОС. При подключенной цепи ОС (рис. 8.1, б) полное входное напряжение состоит из начального сигнала U1 и части β выходного сигнала, поданного обратно на вход. Сумма этих сигналов усиливается усилителем в Кu раз, так же как и в схеме на рис. 8.1, а, а на выходе возникает выходное напряжение U'2. Следует отметить, что выходные напряжения U2 и U'2 в двух схемах различны, так как в схеме с ОС изменился режим усиления. Напряжение, подведенное с выхода обратно на вход, составляет βfU'2, и поэтому полное входное напряжение усилителя равно U1 = U2 +βfU'2. Входное напряжение, умноженное на коэффициент усиления, равно выходному напряжению
U'2 = (U1 + βfU'2)·Кu
или после раскрытия скобок
U'2 = U1Кu + βfU'2Кu
После преобразований получим
U1Кu = U'2 — βfU'2Кu = U'2(1 — βfКu)
Отношение U'2/U1, обозначенное через К'u, представляет собой, результирующий коэффициент усиления схемы с обратной связью, называемый также коэффициентом усиления с замкнутой цепью ОС:
К'u = U'2/U1 = Кu/(1 — βfКu)
Полученная зависимость показывает, какому изменению подвергается коэффициент усиления схемы в результате применения ОС.
Далее увидим, что и другие свойства усилителя также изменяются и аналогично коэффициенту усиления зависят от члена (1 — βfКu), называемого коэффициентом обратной связи[21].
Что такое положительная обратная связь?
Обратная связь называется положительной, если фаза обратного напряжения, поданного с выхода на вход схемы, совпадает с фазой входного напряжения. При совпадении фаз обоих сигналов на входе усилителя эффективный входной сигнал увеличивается. Это означает, что коэффициент βf, определяющий, какая часть выходного напряжения подается снова на вход, положителен. В связи с этим в соответствии с ранее выведенной зависимостью усиление схемы с положительной обратной связью (ПОС) выражается следующей формулой: