Меню

Схема с отрицательной обратной связью по напряжению коллектора



Отрицательная обратная связь

В схемах с отрицательной обратной связью часть усиленно­го входного сигнала подается обратно во входную цепь усили­теля. Сигнал обратной связи находится в противофазе с вход­ным сигналом. Преимущества схем с отрицательной обратной связью заключаются в уменьшении частотных искажений, рас­ширении полосы пропускания, лучшей стабильности схем, а иногда и в ослаблении шумов. Отрицательная обратная связь понижает усиление сигнала, однако этот недостаток часто ока­зывается несущественным по сравнению с отмеченными досто­инствами.

clip_image002

Рис. 1.11. Цепи обратной связи по току.

На рис. 1.10 показаны типичные цепи отрицательной обрат­ной связи по напряжению. В схеме на рис. 11.10, а сигнал обрат­ной связи снимается с выхода усилителя и подается в цепь эмиттера входного усилителя. Глубина обратной связи регулируется величинами резисторов и конденсаторов в цепи обрат­ной связи. Сигнал обратной связи, выделяемый на резисторе в цепи эмиттера (500 Ом) входного каскада, вычитается из вход­ного сигнала. Таким образом при положительной полуволне входного сигнала в цепи коллектора появится отрицательная полуволна определенной амплитуды; при этом сигнал обратной связи, который меняет прямое смещение между базой и эмитте­ром, будет уменьшать амплитуду этой отрицательной полуволны. Аналогично для отрицательной полуволны входного сиг­нала положительная полуволна, появляющаяся в цепи коллек­тора, меньше той, которая была бы без обратной связи. (Необ­ходимо помнить, что сигнал, приложенный к базе, и усиленный сигнал в цепи коллектора изменяются в противофазе.)

Конденсатор емкостью 30 мкФ, включенный последователь­но в цепь обратной связи, не пропускает постоянной составляю­щей с выхода выходного усилителя на резистор 500 Ом в цепи входного усилителя. Сопротивление 9 кОм и шунтирующая его емкость определяют глубину обратной связи.

При использовании полевых транзисторов (которые имеют более высокое входное сопротивление, чем биполярные) исполь­зуются элементы другой величины. На рис. 1.10,6 показана схе­ма подключения цепи обратной связи к резистору в цепи исто­ка ПТ. Здесь часть напряжения со вторичной обмотки выходно­го трансформатора поступает на резистор в цепи истока ПТ предыдущего каскада. Если знак обратной связи отличается от требуемого (отрицательного), то его можно изменить, поменяв местами выводы вторичной обмотки трансформатора.

Амплитуда напряжения обратной связи регулируется вели­чиной резистора, последовательно включаемого в цепь обрат­ной связи. На глубину обратной связи влияет также величина резистора в цепи истока. Иногда обходятся без разделительного конденсатора в цепи обратной связи, хотя он предотвращает шунтирование резистора в цепи истока по постоянному току ма­лым сопротивлением вторичной обмотки выходного трансфор­матора.

Так как напряжение обратной связи и напряжение входного сигнала находятся в противофазе, то они вычитаются и проис­ходит ослабление выходного сигнала пропорционально величине напряжения обратной связи. Заметим, что в сигнале обратной

Связи могут содержаться составляющие, искажающие основной сигнал. Эти составляющие поступают на вход усилителя, усили­ваются и вновь появляются на выходе, но уже в противофазе с исходными. В результате происходит ослабление искажений сигнала, величина которого определяется глубиной обратной связи. (Дополнительные сведения об обратной связи приводят­ся в разд. 2.2.)

На рис. 1.11 показан другой тип схем с отрицательной об­ратной связью. В схеме на рис. 1.11, а для получения отрица­тельной обратной связи по току исключен конденсатор, кото­рым обычно шунтируют резистор R2 в цепи эмиттера. В резуль­тате устанавливается отрицательная обратная связь, при ко­торой напряжение обратной связи пропорционально току сигна­ла, протекающему через R2. Поскольку здесь используется транзистор р — n — р-типа, для создания прямого смещения не­обходимо, чтобы эмиттер был положительным относительно базы. Для получения обратного смещения коллекторного пере­хода на коллектор подается отрицательное напряжение. В ре­зультате ток, протекающий по резистору в цепи эмиттера, со­здает падение напряжения указанной на рисунке полярности. Поскольку это падение напряжения на резисторе сопротивлени­ем 330 Ом устанавливает потенциал эмиттера отрицательным: относительно потенциала базы, имеет место отрицательная об­ратная связь. Входной сигнал вызывает появление напряже­ния на резисторе R2. Такой резистор улучшает также темпера­турную стабильность каскада, так как препятствует возраста­нию тока транзистора с температурой. В сочетании с охлаж­дающими радиаторами, которые используются в мощных тран­зисторах, резистор R2 способствует ослаблению температурных эффектов, в результате чего опасность температурного дрейфа снижается.

Читайте также:  Контроль напряжения сети удаленно

На рис. 11.11,6 приведена аналогичная схема на транзисто­ре n — р — n-типа. Как и в предыдущем случае, падение напря­жения на резисторе в цепи эмиттера оказывает действие, про­тивоположное прямому смещению (прямое смещение в тран­зисторе n — р — n-типа имеет место, когда потенциал эмиттера отрицателен относительно потенциала базы).

Схемы, изображенные на рис. 1.11, а и б, имеют лучшие ча­стотные характеристики по сравнению с характеристиками схем, в которых резистор R2 зашунтирован конденсатором. Ре­активное сопротивление конденсатора, шунтирующего резистор Rz, возрастает на низких частотах, поэтому низкие частоты усиливаются меньше высоких. Это происходит вследствие того, что при большой величине реактивного сопротивления конден­сатора возрастает падение напряжения на R2 и уменьшается усиление. Если шунтирующий конденсатор исключить, то общее усиление каскада понизится, зато уменьшатся вредные эф-фекты, связанные с действием указанного элемента. Этой воз­можностью часто пользуются в видеоусилителях, где сигналы имеют широкий спектр, а также в других усилителях, для ко­торых уменьшение усиления не является существенным.

В схеме, изображенной на рис. 1.11, в, напряжение сигнала падает на резисторе R2, так как он не зашунтирован конденса­тором. Резистор R1 включен параллельно с конденсатором С2, поэтому на R1 выделяется только постоянная составляющая, величина которой зависит от тока коллектора. Только резистор R2 создает отрицательную обратную связь по току, а последо­вательно соединенные резисторы R1 и R2 влияют на темпера­турную стабильность схемы благодаря изменению смещения при изменении температуры.

Источник

Обратная связь. Влияние отрицательной обратной связи (ООС) на основные качественные показатели усилительных устройств

Обратная связь предполагает передачу части энергии выходного сигнала на вход электронного устройства или усилителя. Структурная схема усилителя, охваченного обратной связью, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема усилителя, охваченного обратной связью

В данной схеме коэффициент усиления усилителя без обратной связи . Коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи

Первоначально обратная связь использовалась для увеличения коэффициента усиления. В этом случае напряжение или ток с выхода усилителя подается на его вход синфазно с входным колебанием (сдвиг фаз в петле обратной связи должен быть равен 0° или 2π×n). Такая обратная связь получила название положительная обратная связь. Однако скоро выяснилось, что положительная обратная связь приводит к нестабильности работы усилителя и ее стали избегать.

Отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления усилителя. В начале двадцатого века это было крупным недостатком, однако в настоящее время это легко компенсируется добавлением одного или нескольких каскадов усиления. В то же самое время отрицательная обратная связь в усилителях приводит к улучшению многих его параметров, поэтому она нашла широкое применение.

Влияние обратной связи на коэффициент усиления

Определим коэффициент усиления усилителя охваченного обратной связью. Для этого запишем напряжение на входе усилительного элемента:

Напряжение на выходе усилителя, не охваченного отрицательной обратной связью, можно определить следующим образом:

Из этих двух выражений можно выразить коэффициент усиления услителя охваченного отрицательной обратной связью.

С одной стороны уменьшение коэффициента усиления может привести к усложнению схемы. С другой стороны если коэффициент усиления будет меняться в зависимости от конкретного экземпляра транзистора или при изменении температуры, то при помощи выражения (3) при достаточно большом первоначальном коэффициенте усиления K можно можно обеспечить стабильность коэффициента усиления блока в целом. Его коэффициент усиления будет зависеть от коэффициента β или другими словами от соотношения номиналов резисторов в четырёхполюснике обратной связи.

Влияние обратной связи на нелинейные искажения усилителя

Одним из важнейших характеристик усилителя является его линейность. Именно отрицательная обратная связь позволяет добиться высокой линейности амплитудной характеристики. Принцип работы отрицательной обратной связи в этом случае не отличается от принципа стабилизации коэффициента усиления. В качестве примера можно привести влияние обратной связи на самый распространенный параметр, позволяющий оценить уровень нелинейных искажений — коэффициент гармоник:

Читайте также:  Как проверить реле регулятор напряжения камаз

Влияние обратной связи на выходное сопротивление усилителя

В зависимости от способа получения сигнала обратной связи на выходе усилителя она может быть по напряжению и по току. Структурная схема отрицательной обратной связи по напряжению приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема усилителя, охваченного обратной связью по напряжению

Отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилилителя. Выходное сопротивление усилителя, охваченного отрицательной обратной связью по напряжению можно определить по следующей формуле:

Напряжение обратной связи в схемах отрицательной обратной связи по току выделяется на сопротивлении обратной связи, как это показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Структурная схема усилителя, охваченного обратной связью по току

Отрицательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление усилилителя. Выходное сопротивление усилителя, охваченного отрицательной обратной связью по току можно определить по следующей формуле:

Влияние обратной связи на входное сопротивление усилителя

По входу отрицательная обратная связь может быть последовательной и параллельной. Структурная схема параллельной отрицательной обратной связи приведена на рисунке 4. На этом рисунке не уточняется какая применена обратная связь по выходу (по току или напряжению).

Рисунок 4. Структурная схема усилителя, охваченного параллельной отрицательной обратной связью

Параллельная обратная связь уменьшает входное сопротивление усилителя. Значение входного сопротивления усилителя, охваченного параллельной отрицательной обратной связью можно определить по формуле:

Коэффициент усиления усилителя, охваченного параллельной отрицательной обратной связью можно найти из следующей формулы:

Следующий вид обратной связи, который мы рассмотрим, это последовательная отрицательная обратная связь. Структурная схема последовательной отрицательной обратной связи приведена на рисунке 5. На этом рисунке, также как на предыдущем, не уточняется какая применена обратная связь по выходу (по току или напряжению).

Последовательная отрицательная обратная связь
Рисунок 5. Структурная схема усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью

Последовательная обратная связь увеличивает входное сопротивление усилителя. Значение входного сопротивления усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью можно определить по формуле:

Коэффициент усиления усилителя, охваченного параллельной отрицательной обратной связью можно найти из следующей формулы:

Вместе со статьей «влияние отрицательной обратной связи (ООС) на основные качественные показатели усилительных устройств» читают:

Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 . 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник

Схема с отрицательной обратной связью по напряжению коллектора

Обратная связь.

Напряжение коллектора определяется по формуле: U к = U п — I к * R н . Поэтому чем больше ток коллектора, тем меньше напряжение коллектора. Ток коллектора тем больше, чем больше ток базы. Ток базы тем больше, чем больше напряжение между базой и эмиттером. Таким образом, чем больше напряжение на базе относительно эмиттера, тем меньше напряжение коллектора. Следовательно, сигнал на выходе транзистора (на коллекторе) находится в противофазе (рис. 1) по отношению к сигналу на входе (на базе).

Можно подать часть сигнала с выхода транзистора на его вход и, таким образом, создать отрицательную обратную связь. Связь названа отрицательной, потому, что сигнал, пришедший с выхода транзистора, находится в противофазе с входным сигналом. Поэтому входной сигнал уменьшается по амплитуде.

Отрицательная обратная связь имеет ряд достоинств. Во-первых, уменьшаются нелинейные искажения сигнала, которые могут возникать в усилительном каскаде. Во-вторых, увеличивается стабильность работы усилителя.

Недостатком отрицательной обратной связи является уменьшение усиления каскада.

Рассмотрим ряд схем, в которых применена отрицательная обратная связь (ООС).

В схеме, изображённой на рисунке 2, ООС осуществляется за счёт подключения резистора смещения не к положительному полюсу источника питания, а к коллектору. Если входной сигнал увеличивает напряжение на базе, уменьшившееся напряжение коллектора уменьшает напряжение смещения т.е. напряжение на базе, и наоборот.

Читайте также:  Нужен ли септик стабилизатор напряжения

Достоинства схемы:

Лёгкость настройки усилителя на правильный режим работы.

Высокая температурная стабильность.

Уменьшение искажений сигнала.

Более низкое усиление, по отношению к каскаду без ООС.

На схеме, приведённой на рисунке 3, переменная составляющая выходного сигнала подаётся на вход транзистора при помощи конденсатора.

Достоинства:

Высокие частоты усиливаются слабее, что обеспечивает коррекцию тембра.

Неодинаковое усиление высоких и низких частот: Высокие частоты усиливаются слабее, чем низкие, но низкие частоты могут быть сильнее искажены.

В транзисторе ток эмиттера равен сумме тока базы и тока коллектора: I э = I к + I б . Таким образом, ток эмиттера немного больше тока коллектора. Если в цепь эмиттера поставить резистор, то ток эмиттера будет вызывать падение напряжения на этом резисторе. Если напряжение базы возросло за счёт входного сигнала, ток базы и ток коллектора тоже возросли, а, значит, возрос и ток эмиттера, который вызвал увеличение падения напряжения на резисторе в цепи эмиттера. Следовательно, эмиттер стал более положителен. Значит напряжение базы относительно эмиттера снизилось (Рис. 4).

Достоинства:

Высокая температурная стабильность.

В усилителях различные виды отрицательной обратной связи могут комбинироваться (Рис. 5 и 6):

Отрицательной обратной связью могут охватываться двухкаскадные усилители (Рис. 7):

Кроме отрицательной обратной связи существует также положительная обратная связь. В этом случае сигнал с выхода усилителя тоже подаётся на вход, но фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного сигнала. Таким образом, усиление увеличивается.

Достоинства положительной обратной связи :

Позволяет создавать незатухающие колебания.

Недостатки положительной обратной связи :

Уменьшается устойчивость работы усилителя.

Если связь слишком большая, то усилитель вместо того, чтобы усиливать входной сигнал, будет генерировать свои собственные колебания.

Возьмём двухкаскадный усилитель и соединим его выход со входом через конденсатор (Рис. 8). Выходной сигнал находится в фазе с входным. Следовательно, в усилителе осуществится положительная обратная связь, что вызовет появление собственных колебаний в усилителе. Поэтому этот усилитель превратится в генератор. Из наушника будет слышен гудок или свист, частота которого зависит от ёмкости конденсатора связи. Поэтому на вход этого усилителя бесполезно подавать какой-либо сигнал, например, сигнал с микрофона т.к. он всё равно будет заглушён собственными колебаниями.

Если положительную обратную связь отключить, то усилитель возвращается к своей нормальной работе. Рассмотрим приведённую ниже схему (рис. 9). На входе усилителя стоит переключатель. В одном положении переключателя вход усилителя соединён с микрофоном, поэтому усилитель будет усиливать сигнал с микрофона. В другом положении переключателя вход усилителя соединён с выходом, т.е. образуется положительная обратная связь. В этом случае из наушника будет доноситюся свист. Таким образом, мы получили переговорное устройство с вызовом.

Ещё одна схема с положительной обратной связью – это схема мультивибратора (рис. 10). В этой схеме ток коллектора каждого из двух транзисторов может принимать только два значения: большой ток и очень маленький ток. Эти состояния всё время меняются. Причём, если ток на коллекторе одного транзистора большой, то на коллекторе другого транзистора – маленький и наоборот. Если в цепь коллекторов включить светодиоды, то они будут попеременно мигать. Частота мигания зависит от ёмкости конденсаторов связи.

Положительную обратную связь можно получить при помощи двух транзисторов, каждый из которых поворачивает фазу на 180°, в результате чего, сигнал на выходе оказывается в фазе с сигналом на входе. Таким образом, получается генератор звуковой частоты. Генератор можно собрать и на одном транзисторе. Для этого необходимо применить несколько фазовращающих цепочек (рис 11), состоящих из конденсатора и резистора. С их помощью можно повернуть фазу выходного сигнала на такой угол, чтобы он оказался в фазе с входным сигналом (рис. 12).

Источник