Зворотні зв’язки у підсилювачах

При підсиленні спотворюється форма та частотний склад сигналу. Ці спотворення зменшуються при роботі підсилювальних елементів в режимах, що відповідають лінійним ділянкам характеристик, а також використання роздільних та шунтуючих конденсаторів великої ємності. Велике значення має вхідний та вихідний опір підсилювача. Чим вищий вхідний опір, тим меншу потужність споживає підсилювач від джерела вхідного сигналу, а чим нижче вихідний, тим простіше та точніше узгоджується підсилювач за потужністю з низькоомним навантаженням або входом наступного каскаду.

Для зменшення нелінійних та частотних спотворень, а також збільшення вхідного та зменшення вихідного опорів подають весь вихідний сигнал або його частину на вхід підсилювача, тобто охоплюють підсилювач зворотним зв’язком. Зворотний зв'язок здійснюють в межах одного каскаду або між виходом якого-небудь каскаду та входом попереднього та відповідно називають внутрішньо каскадним та міжкаскадним.

Принцип дії зворотного зв’язку полягає в наступному. Сигнал, що надійшов по колу зворотного зв’язку на вхід підсилювача та містить інформацію про його роботу та всіх видах спотворень, так діє на вхідний сигнал, спотворюючи його, що у вихідному сигналі ці спотворення або збільшуються, або зменшуються.

Зворотним зв’язком називають зв’язок між електричними колами підсилювача, коли підсилений сигнал із виходу підсилювача поступає знову на його вхід (рис.1).

Рисунок 1. Структурна схема підсилювача з зворотним зв’язком

Вихідний сигнал підсилювача 1 (UВИХ або ІВИХ) через коло зворотного зв’язку 2 частково або повністю поступає на точку порівняння (елемент).

Символ  означає точку, в якій проходить віднімання (або додавання) вхідного сигналу UВХ або IВХ і сигналу зворотного зв’язку UЗЗ або IЗЗ.

Таким чином, на вхід підсилювача буде поступати сигнал, який дорівнює різниці або сумі вхідного сигналу і сигналу зворотного зв’язку.

В якості зворотного зв’язку як правило використовують пасивні кола, коефіцієнти перетворення і частотна характеристики яких суттєво впливають на властивості підсилювача.

Петля зворотного зв’язку – це замкнений контур, який включає в себе коло зворотного зв’язку і частину підсилювача між точками вмикання зворотного зв’язку (рис. 2, а).

Місцевим зворотним зв’язком (місцева петля зворотного зв’язку) прийнято називати зворотний зв’язок, який охоплює окремі каскади або частини підсилювача (рис. 2, б).

Загальний зворотний зв’язок – це такий зворотний зв’язок, коли петля охоплює весь підсилювач (рис.2, б).

Рисунок 2. Види петльових зворотних зв’язків:

а) однопетлевий; б) багатопетлевий з місцевою петлею

Зворотні зв’язки поділяються на зв’язки за напругою та за струмом. Якщо коло зворотного зв’язку вмикається до виходу підсилювача паралельно його навантаженню RН, то напруга зворотного зв’язку Uβ буде прямо пропорційною напрузі на виході; такий зв’язок називають зворотним зв’язком за напругою (рис. 3, а,г).

Рисунок 3. Структурні схеми підсилювачів із зворотним зв’язком:

а – за напругою, послідовний; б – за струмом, послідовний;

в – змішаний, послідовний; г – за напругою, паралельний.

Якщо коло зворотного зв’язку увімкнено до виходу підсилювача послідовно з його навантаженням, то напруга Uβ буде прямо пропорційною струму в навантаженні RН; такий зворотній зв’язок називають зворотним зв’язком за струмом (рис. 3, б).

Можлива комбінація цих способів відімкнення кола зворотного зв’язку до виходу при якій напруга Uβ складається з двох складових, пропорційній вихідній напрузі й струму; такий зворотний зв’язок називають змішаним. (рис. 3, в).

Зворотній зв’язок може бути паралельним або послідовним. Якщо коло зворотного зв’язку вмикається до входу підсилювача послідовно з джерелом вхідного сигналу, то зворотний зв’язок називають послідовним (рис. 3, а,б,в). Якщо коло зворотного зв’язку вмикається до входу паралельно джерела сигналу, то зворотній зв’язок називають паралельним.

Зворотний зв’язок може бути позитивний або негативний. Позитивний зворотній зв’язок (ПЗЗ) виникає тоді, коли напруга зворотного зв’язку Uβ співпадає за фазою з ЕРС джерела вхідного сигналу ЕВХ. Негативний зворотним зв’язком (НЗЗ) називають такий зв’язок між виходом і входом, коли напруга зворотного зв’язку Uβ протилежна за фазою ЕРС джерела сигналу ЕВХ, тобто зсунені між собою за фазою на 180°.