Коэффициент усиления

Назовем комплексным коэффициентом передачи ЦОС (коэффициентом ОС). Тогда комплексный коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОС

, (1)

где – комплексный коэффициент усиления усилителя без ОС.

Степень влияния ОС на свойства усилителя в первую очередь зависит от коэффициента ОС, в том числе и от коэффициента усиления самого усилителя. Функцию

называют возвратной разностью: берется напряжение на выходе одностороннего усилителя, из него вычитается напряжение ОС и полученная разность относится к напряжению на выходе одностороннего усилителя. Модуль возвратной разности называют еще глубиной обратной связи. Она характеризует степень относительных изменений параметров усилителя, вызываемых введением в него ОС. Коэффициент передачи в петле ОС называют петлевым коэффициентом передачи (петлевым усилением) или возвратным отношением. Коэффициент характеризует наличие ОС в усилителе.

Для упрощения анализа полученного выражения введем действительные значения К _ос и b _ос, тогда коэффициент усиления усилителя с ОС имеет вид

.

Из полученного выражения следует:

1. При0< К b _ос < 1 К _ос > К, т.е. глубина ОС меньше единицы, но больше нуля. Это соответствует ПОС, когда U _ос и U ₁ находятся в фазе. Введение в усилитель ПОС увеличивает коэффициент усиления. Физически это означает увеличение наклона передаточной (амплитудной) характеристики усилителя (рис. *).

Такой вид связи приводит к самовозбуждению усилителя, когда на выходе усилителя появляется сигнал, состоящий из спектра частот сигнала, независимого от сигнала на входе. Этот режим усилителя нашел широкое применение в генераторах гармонических колебаний. Для усилителей такая связь нежелательна и носит паразитный характер.

2. Обратная связь называется отрицательной, если глубина ОС больше единицы, т.е. К b _ос< 0. В этом случае выражение (1) имеет вид

. (2)

Это соответствует ООС, когда напряжения U _oc и U ₁ подаются на вход усилителя в противофазе. Следовательно, ООС уменьшает коэффициент усиления усилителя (рис. *).

Если глубина ОС значительно больше 1, то ОС глубоко отрицательная, если глубина ОС равна 1, то в этом усилителе нет ОС.

График зависимости коэффициента усиления усилителя с ОС от величины петлевого коэффициента представлен на рис. **. Здесь знак “+” перед петлевым коэффициентом соответствует схемам с ООС, а знак “- “ – схемам с ПОС. При этом ООС соответствует F > 1, а положительной F < 1.

Влияние ЦОС на стабильность коэффициента усиления рассмотрим на примере схемы рис. 7. В реальных усилителях коэффициент усиления сильно зависит как от параметров используемых элементов, так и от условий эксплуатации: изменения температуры окружающей среды, изменения напряжения питания, старения элементов или их замены при ремонте и т.п. Введение ООС стабилизирует коэффициент усиления. Предположим, что в схеме рис. 7 исходный коэффициент усиления получил приращение . Найдем для этого случая значение . Для этого разложим выражение (2) в ряд Тейлора с удержанием только линейных членов:

, где .

Тогда относительное изменение коэффициента усиления усилителя с ООС

, (3)

где - относительное изменение коэффициента усиления без ООС.

Таким образом, изменение относительного коэффициента усиления усилителя с ООС в 1+ К × b _ос раз меньше относительного коэффициента усиления усилителя без ООС, т.е. на величину глубины ОС.

При большом К и глубокой ООС (1+ K b _ос>>1) удается практически полностью исключить зависимость К _ОС от изменения его параметров. При этом единицей в знаменателе выражения для К _ос можно пренебречь, тогда

. (4)

Таким свойством будет обладать, например, усилитель с К =10⁴ и b _ос= 10², коэффициент усиления которого К _ос = 1/100 = 0,01. Схемы с глубокой ООС широко используются в устройствах преобразования аналоговых сигналов на ОУ.

Физический смысл повышения стабильности коэффициента усиления усилителя с ООС заключается в том, что при изменении коэффициента К изменяется напряжение U _ос, приводящее к изменению напряжения U _вх в направлении, препятствующем изменению выходного напряжения усилителя.

Дата добавления: 2015-07-15