Обратные связи в усилителях

Обратной связью называют процесс передачи сигнала из выходной цепи во входную. Цепь, обеспечивающую эту передачу, называют цепью обратной связи. Петля, или контур обратной связи, состоит из прямого пути, образуемого активным элементом, и обратного пути, образуемого цепью обратной связи. На рис 4. представлена схема ОУ с цепью обратной связи в виде делителя напряжения.

 

Рис. 4. – Схема усилителя с цепью обратной связи

 

    Если принять, что выходное сопротивление , входное сопротивление , , то напряжение обратной связи

, где - коэффициент передачи цепи обратной связи.

                                     (1)

    Напряжение на входе усилителя

.                                            (2)

    Так как напряжение обратной связи вычитается из входного, то такая связь является отрицательной.

    Принимая , где - коэффициент усиления ОУ из (2) получаем

,                            

,                                         (3)

.                                      (4)

 

    Из формулы (4) следует, что коэффициент усиления ОУ с отрицательной обратной связью (рис. 3) равен

.                                  (5)

    Знаменатель в формуле (5) показывает глубину обратной связи, а произведение называют коэффициентом петлевого усиления. Если , то такая

обратная связь называется глубокой. В этом случае , а

.                                        (6)

    Из (6) следует, что в случае глубокой отрицательной обратной связи коэффициент усиления определяется цепью обратной связи и практически не зависит от параметров самого усилителя.

    На рис. 5 представлена схема усилителя с отрицательной обратной связью, в которой входной сигнал подается на инвертирующий вход ОУ, а неинвертирующий вход присоединен к общему проводу. Для случая глубокой отрицательной обратной связи , следовательно  напряжение в точке А будет .

    Рис. 5. – Инвертирующий ОУ с отрицательной обратной связью

    Принимая входной ток ОУ равным нулю, по закону Кирхгоффа  следовательно                               и

                                  (7)

    Знак минус в формуле (7) показывает, что схема на рис. 5 является инвертирующим усилителем напряжения с коэффициентом

.                                                 (8)

ПАРАМЕТРЫ РЕЛЬНЫХ ОУ

Современные ОУ выпускаемые ведущими производителями могут иметь параметры, которые в некоторых случаях могут считаться близкими к идеальным. Например, коэффициент усиления без обратной связи, у некоторых типов ОУ достигает  для медленноменяющихся входных сигналов, что  позволяет создавать усилители с глубокой ОС.

Входное сопротивление ОУ с входными КМОП транзисторами может находиться в пределах Ом, что практически исключает прохождение входного тока.

Другие параметры ОУ достаточно далеки от идеальных:

    - выходное сопротивление может находиться в пределах 10-1000 Ом;

    - диапазон выходных напряжений  определяется величиной напряжения источников питания (обычно  на 2-3 В);

    - входное напряжение смещения может быть в пределах  В(при котором );

    - зависит не только от  , но и от величин  (подавление синфазного сигнала может достигать 80-90 дБ);

    - параметры ОУ  зависят от изменения напряжений источников питания;

    - полоса пропускания у большинства ОУ без ООС достаточно узкая  Гц (АЧХ имеет спадающий характер в области высокой частоты, начиная от частоты среза );

    - с ростом частоты входного сигнала увеличивается фазовый сдвиг выходного сигнала;

    - скорость изменения выходного напряжения для различных типов ОУ может находиться в пределах 10-1000 В/мкс.