Цепь обратной связи это

Цепь обратной связи это

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.

(3)

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:

(4)

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).


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:

Основные понятия и определения. В усилителях помимо прямой связи, благодаря которой происходит передача сигнала от источника к нагрузке с повышением уровня мощности, существуют обратные связи (ОС), обеспечивающие возвращение части энергии сигнала в сторону входа усилителя. Цепи, по которым энергия сигнала передается в обратном направлении, называются цепями обратной связи. В усилителях цепи обратных связей вводят преднамеренно для изменения их свойств в нужном направлении, так как выходной сигнал, поступающий по цепи обратной связи, служит средством контроля состояния усилителя и позволяет целенаправленно воздействовать на его показатели и характеристики. Таким образом, ОС в усилителях служит для самоконтроля и коррекции его работы. В дальнейшем усилители или усилительные каскады, а также цепи ОС будем обозначать в виде четырехполюсников.

Читайте также:  Какое тесто нужно для яблочного пирога

Для обобщенной схемы усилителя с ОС, приведенной на рис. 3.11, я, определим коэффициент передачи в комплексной форме как отношение амплитуд выходного сигнала к входному:

где К — коэффициент усиления усилителя без обратной связи; р — коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи; К и р

Рис. 3.11. Однопетлевая (а) и многопетлевая (б) обратная связь являются комплексными величинами. При выводе формулы (3.14) использовалось очевидное из рис. 3.11, а соотношение

Усилитель с четырехполюсником ОС образуют кольцевую цепь, которая называется петлей ОС. Произведение рК определяет коэффициент усиления сигнала по такой петле и называется коэффициентом петлевого усиления. Петлевое усиление, взятое с обратным знаком, т.е. произведение -5К, называют возвратным отношением. Величину 1 — рК называют возвратной разностью, которая в относительных единицах представляет собой разность между подаваемым на вход усилителя сигналом и сигналом, пришедшим на выход четырехполюсника ОС при разомкнутой петле ОС. Как ясно из соотношения (3.13), возвратная разность является мерой количественной оценки влияния ОС на свойства усилителя.

Основные классификационные признаки ОС. По способу образования обратной связи различают:

  • внутреннюю ОС, обусловленную физическими свойствами и особенностями конструкции усилительных элементов;
  • внешнюю ОС, введенную в усилитель с помощью дополнительных цепей.

По причинной обусловленности обратной связи можно выделить:

  • преднамеренную ОС, предназначенную для улучшения показателей усилителя;
  • паразитную ОС, обусловленную неудачным расположением радиодеталей и монтажом, наличием паразитных емкостных, индуктивных и гальванических связей между усилительными каскадами и другими причинами.

По способу сум м и р о в а н и я и л и ф а з и р о в а н и я сигналов источника и ОС различают:

  • положительную ОС, при которой сигналы совпадают по фазе и осуществляется арифметическое сложение сигналов;
  • отрицательную ОС, при которой сигналы находятся в противофазе и осуществляется арифметическое вычитание сигналов.

Этот классификационный признак справедлив для средних частот рабочего диапазона усилителя. В общем случае происходит геометрическое сложение входного сигнала и сигнала ОС, поэтому обратная связь является комплексной. Отрицательная обратная связь (ООС) широко используется для изменения показателей и характеристик усилителей в нужном направлении.

По структуре цепей обратные связи разделяют:

• на однопетлевую ОС (см. рис. 3.11, а), когда цепь обратной связи вместе с частью усилителя, которую она охватывает, образует один замкнутый контур;

многопетлевую ОС (рис. 3.11, б), когда число петель ОС превышает единицу. Если ОС охватывает один усилительный каскад, ее называют местной ОС.

По способу соединения усилителя и четырехполюсника ОС различают:

  • • обратную связь У-типа, при которой входные и выходные цени обоих четырехполюсников соединены параллельно (рис. 3.12, а). В результате такого соединения образуется новый четырехполюсник, У-параметры которого равны сумме У-параметров усилителя и четырехполюсника ОС;
  • • обратную связь Z-muna, при которой входные и выходные цепи обоих четырехполюсников соединены последовательно (рис. 3.12, б)
  • • обратную связь G-muna, при которой входные цепи обоих четырехполюсников соединены параллельно, а выходные последовательно (рис. 3.12, в);
  • • обратную связь Н-типа, при которой входные цепи обоих четырехполюсников соединены последовательно, а выходные параллельно (рис. 3.12, г).

Рис. 3.12. Виды ОС по способу соединения четырехполюсников

Вместо способа соединения усилителя с четырехполюсником ОС используются два сходных классификационных признака: способ снятия и способ введения сигналов ОС.

По способу снятия сигнала, или схеме соединения выходной цепи усилителя, входной цепи четырехполюсника ОС и нагрузки, выделяют три вида ОС (рис. 3.13):

Рис. 3.13. Виды обратной связи по способу снятия сигнала:

а — ОС но напряжению; б — ОС по току; в — комбинированная ОС

  • • ОС по напряжению (рис. 3.13, а), для которой выходная цепь усилителя (в виде источника тока 1К), входная цепь четырехполюсника ОС (/. R2) и нагрузка (Ун) соединены параллельно. Для ОС по напряжению характерны следующие признаки: при коротком замыкании нагрузки сигнал ОС (U(K) пропадает, а при отключении нагрузки — сохраняется. Такой способ снятия сигнала реализован при ОС У-типа (см. рис. 3.12, а) и Я-типа (см. рис. 3.12, г);
  • • ОС по току (рис. 3.13, б), для которой выходная цепь усилителя (в виде источника ЭДС Ек), входная цепь четырехполюсника ОС (Л3) и нагрузка (Z(l) соединены последовательно. Для этого способа снятия сигнала при коротком замыкании нагрузки сигнал ОС (U(K) сохраняется, а при отключении нагрузки — пропадает. Связь по току используется при ОС Z-типа (см. рис. 3.12, б) и Я-типа (см. рис. 3.12, а);
  • комбинированную ОС по выходу (рис. 3.13, в), для которой при коротки замыкании и отключении нагрузки (Wn —* Z„ или Уи) сигнал ОС (U(K) сохраняется. При R3 = 0 комбинированная ОС вырождается в ОС по напряжению (см. рис. 3.13, а); при = оо, R2 = 0 — в ОС по току (см. рис. 3.13, б).
Читайте также:  Растение похожее на мак

По способу введения сигнала О С во входную цепь усилителя, или схеме соединения входной цепи усилителя, выходной цепи четырехполюсника ОС и источника сигналов, выделяют три вида ОС:

параллельную ОС (рис. 3.14, а), для которой входная цепь усилителя (в виде входной проводимости Увх),в выходная цепь четырехполюсника ОС (в виде источник тока /ос) и источника входных сигналов (в виде источника тока /и) соединены параллельно. Для параллельной ОС характерны следующие признаки: при коротком замыкании источника сигналов /и сигнал ОС не передается на вход усилителя, а при отключении — передается. Такой способ введения сигнала обратной связи реализован при ОС У-типа (см. рис. 3.12, а) и G-типа (см. рис. 3.12, в);

Рис. 3.14. Виды обратной связи по способу подачи сигнала:

а — параллельная ОС; б — последовательная ОС; в — комбинированная ОС

  • последовательную ОС (рис. 3.14, б), для которой входная цепь усилителя (в виде входного сопротивления ZBX), выходная цепь четырехполюсника ОС (в виде источника ЭДС Еос) и источника входных сигналов (в виде ЭДС EJ соединены последовательно. В этом случае при коротком замыкании источника сигналов Еи сигнал Е. поступает па вход усилителя, а при отключении — не поступает. Последовательная связь используется при ОС Z-типа (см. рис. 3.12, 6) и G-типа (см. рис. 3.12, г);
  • комбинированную ОС по входу (рис. 3.14, в), для которой при коротком замыкании и отключении источника сигналов Stt сигнал ОС 5поступает на вход усилителя. При R<= R3 = О, R2 = °° комбинированная ОС вырождается в параллельную ОС (см. рис. 3.14, а); при R<= R3 = °о, R2 = 0 — в последовательную ОС (см. рис. 3.14, б).

Влияние ООС на свойства усилителей. В учебнике [62 ] рассмотрены усилители, в которых используется ОС Y-, Z-, G- и Я-типов при следующих допущениях:

• матрицы обобщенных параметров усилителя без обратной связи (W к), четырехполюсника ОС (Wp) и усилителя, охваченного обратной связью (WK ос), имеют следующий вид:

• левые зажимы цепи ОС или p-четырехполюсника на приведенных схемах (см. рис. 3.12) определены как входные, при этом энергия сигнала передается от выходных (правых) зажимов к входным, т.е. из выходной цепи усилителя во входную.

Решение задачи нахождения параметров усилителей ОС и без ОС и их сравнительная оценка позволили в «чистом» виде выявить влияние ОС на показатели усилителя, так как все обобщенные М^-параметры p-четырехполюсника, за исключением WV2, приняты равными нулю и поэтому не оказывают влияния на работу усилителя. Влияние различных типов ООС на показатели усилителей сведены в табл. 3.3.

Как я уже говорил в одном из предыдущих постов я начал публиковать цикл статей об операционных усилителях. В прошлой статье я рассмотрел две основные схемы включения (инвертирующую и неинвертирующую) и некоторые схемы с применением операционных усилителей. В данной статье я буду рассматривать такую тему как обратная связь.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Зачем нужна обратная связь

В отличие от идеальных операционных усилителей (ОУ), имеющих равномерную АЧХ, то есть их коэффициент усиления не изменяется в зависимости от частоты входного сигнала, реальные ОУ имеют коэффициент усиления, который с ростом частоты усиливаемого сигнала уменьшается. Кроме того в ОУ с увеличением частоты сигнала происходит фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом, вследствие этого на некоторых частотах усиливаемого сигнала происходит самовозбуждение схемы, то есть усилитель превращается в генератор. Это всё приводит к уменьшению качественных показателей электронных схем.

Одним из наиболее распространённых и эффективных способов влияния на качественные параметры электронных схем с ОУ является применение обратной связи (ОС). Стоит отметить, что ОС широко применяется не только с ОУ, но и со многими другими электронными схемами, поэтому всё, что будет сказано про использование ОС с ОУ, относится и ко всем другим схемам с ОС.

Обратная связь определяется, как связь выходной цепи усилителя с его входной цепью, то есть когда усиленный сигнал с выхода усилителя передается на его вход через цепи, которые специально вводятся для этой цели (внешняя ОС) или через цепи, которые имеются в усилителе для выполнения других функций (внутренняя ОС). На рисунке ниже показана структурная схема усилителя с обратной связью


Структурная схема усилителя с обратной связью.

На рисунке выше показана структурная схема усилителя с коэффициентом усиления К, который охвачен внешней цепью ОС с коэффициентом передачи β. Стрелки на схеме показывают направление прохождения сигнала. Таким образом, часть усиленного сигнала с выхода усилителя поступает через цепь ОС на вход усилителя, где складывается с внешним сигналом. В результате на входе усилителя возникает суммарный входной сигнал, который может быть больше или меньше внешнего сигнала.

Читайте также:  Можно ли на натяжной потолок крепить люстру

Виды обратной связи

Если сумма амплитуд внешнего сигнала и сигнала цепи обратной связи оказывается больше амплитуды внешнего сигнала, то данная цепь ОС называется положительной обратной связью (ПОС), а в случае если сумма амплитуд внешнего сигнала и сигнала цепи обратной связи оказывается меньше амплитуды внешнего сигнала, то такая ОС называется отрицательной обратной связью (ООС).

Путём введения ОС удаётся достаточно сильно изменить процесс работы и свойства усилителя, которые определяются как свойством усилителя, так и свойством цепи ОС. На свойства цепи ОС существенное влияние оказывает её вид, то есть принцип её действия, зависящий в общем случае от полярности и фазы напряжения ОС, а также способа её соединения с входными и выходными цепями усилителя.

Различают четыре вида обратных связей:

  1. параллельная обратная связь по напряжению.
  2. параллельная обратная связь по току.
  3. последовательная обратная связь по напряжению.
  4. последовательная обратная связь по току.

Кроме того существует также смешанная обратная связь, но из-за сложности в изготовлении и настройке данный вид обратной связи большого распространения не получил.

Рассмотрим, как образуется каждый вид обратной связи.

Параллельная обратная связь по напряжению

Параллельная обратная связь по напряжению образуется подключением входа цепи ОС параллельно сопротивлению нагрузки RH, а выход цепи ОС – параллельно входу усилителя.


Структурная схема параллельной обратной связи по напряжению.

Таким образом, входное напряжение цепи ОС UСВ равно выходному напряжению на нагрузке UН, а выходное напряжение цепи ОС UОС пропорционально сумме токов входного сигнала IСИГ и цепи ОС IOC на общем входном сопротивлении усилительной схемы.

То есть данная ОС образуется при параллельном соединении входа и выхода усилителя через цепь ОС. Данный вид ОС характеризуется тем, что действие ОС уменьшается при уменьшении сопротивления нагрузки и источника сигнала, а при коротком замыкании входа или выхода действие данного вида ОС прекращается.

Параллельная обратная связь по току

Параллельная обратная связь по току образуется подключением входа цепи ОС параллельно резистору RT, а выход цепи ОС подключён параллельно входу усилителя.


Структурная схема параллельной обратной связи по току.

Данный вид ОС характеризуется следующими параметрами: входное напряжение ОС UOC пропорционально выходному току усилителя протекающего через резисторы RT и RH, а выходное напряжение цепи ОС UОС пропорционально сумме токов входного сигнала IСИГ и цепи ОС IOC на общем входном сопротивлении усилительной схемы.

Действие данного вида ОС уменьшается при уменьшении сопротивления источника сигнала, входного сопротивления усилителя, а также при уменьшении сопротивления резистора RT или увеличении сопротивления нагрузки. То есть при коротком замыкании на входе схемы и отсутствии нагрузки данная ОС не действует.

Последовательная обратная связь по напряжению

Последовательная обратная связь по напряжению образуется подключением входа цепи ОС параллельно сопротивлению нагрузки RH, а выхода цепи ОС – последовательно с входом усилителя.


Структурная схема усилителя с последовательной цепью ОС по напряжению.

В последовательной обратной связи по напряжению входное напряжение UСВ равно выходному напряжению на нагрузке UН. В тоже время сумма выходного напряжения цепи ОС UОС и напряжения источника сигнала UСИГ равна входному напряжению усилителя UВХ.

Таким образом, последовательная ОС по напряжению уменьшает своё действие при увеличении сопротивлению источника сигнала и уменьшении сопротивления нагрузки и выходного сопротивления усилителя. В случае, когда на выходе короткое замыкание, а также в режиме холостого хода на входе данный вид ОС перестаёт действовать.

Последовательная обратная связь по току

Последовательная обратная связь по току образуется путём подключения входа цепи ОС параллельно резистору RT, а выход цепи ОС подключен последовательно с источником сигнала и входом усилителя.


Структурная схема усилителя с последовательной обратной связью по току.

Последовательная обратная связь по току имеет следующие характеристики. Входное напряжение цепи ОС UCB пропорционально выходному току усилителя ICB, который протекает через резисторы RH, RT и RВЫХ, а выходное напряжение цепи ОС UОС совместно с напряжением источника сигнала UСИГ составляет входное напряжение усилителя UВХ.

Из вышеизложенного следует, что при уменьшении сопротивлений RH, RT и RВЫХ, а также при увеличении входного сопротивления усилителя и источника сигнала действие последовательной ОС по току уменьшается. А при отсутствии нагрузки и холостом ходу на входе схемы данный вид ОС сводится к нулю.

Данная статья не может вместить все сведении об обратной связи, поэтому в ней рассмотрены только схемы различных видов обратных связей. О влиянии ОС на параметры усилительных устройств будет рассказано в следующей статье.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector