Zpětná vazba (OS) v zesilovači je přenos části energie z jeho výstupu na vstup.

Kontaktujte nás negativní, pokud to snižuje zisk zesilovače, jinak to pozitivní.

Existují zpětné vazby užitečný, je-li vytvořen účelně, a parazitický (škodlivé), pokud k nim dojde spontánně.

V závislosti na umístění může být zpětná vazba vnitřní, pokud se provádí v obvodu samotného zesilovacího stupně, a externí, pokud jejich obvody kryjí zvenčí zesilovací stupeň.

V obecném případě je vnější obvod OS pasivní čtyřsvorková síť, která je svými svorkami spojena s výstupními a vstupními obvody operačního zesilovače.

Podle způsobu připojení vstupních pinů 11‘ quadripole OS rozlišit zpětnou vazbu napětím и podle proudu (obr. 10.65, а и б), podle způsobu připojení jeho výstupních pinů 22„- paralelní и konzistentní (obr. 10.66, а и б).

Všimněte si, že v obecném případě napětí uin a proudy iin na vstupech zesilovačů se zpětnou vazbou a stejnými hodnotami uvstupní operační zesilovač и ivstupní operační zesilovač na vstupech operačních zesilovačů se neshodují.

Pozitivní zpětná vazba se v zesilovačích prakticky nepoužívá, ale je základem činnosti různých typů samooscilátorů (viz § 10.21) a regeneračních zařízení (viz § 10.23).

Negativní zpětná vazba se v zesilovačích používá velmi široce. Umožňuje vytvářet zařízení pro různé funkční účely a také zlepšuje parametry zesilovačů: snižuje hodnotu výstupního odporu, zvyšuje hodnotu mezní frekvence fgr, a proto frekvenční pásmo 0 ≤ ffgr zesílení signálu, snižuje nelineární zkreslení napětí na výstupu a závislost hodnot parametrů zesilovače na destabilizujících faktorech (obvykle teplotě).

Pozitivní vlastnosti negativní zpětné vazby přicházejí za cenu snížení napěťového zesílení zesilovače. To však není významné, protože vlastní napěťové zesílení operačního zesilovače je velmi velké.

10.18. Vliv negativní zpětné vazby na hlavní parametry zesilovače

Uvažujme vliv negativní zpětné vazby na hlavní parametry zesilovače, tzn. parametry v klidovém režimu na příkladu neinvertujícího zesilovače, který používá skutečný operační zesilovač a sériovou zápornou napěťovou zpětnou vazbu.

Režim malého signálu neinvertující zesilovač se vypočítá pomocí ekvivalentního obvodu na Obr. 10.67, а, kde jsou uvnitř plnými čarami znázorněny ekvivalentní obvody skutečného operačního zesilovače (viz obr. 10.61) a čtyřsvorkového OS a uvnitř čárkovaných čar je znázorněn neinvertující zesilovač.

ČTĚTE VÍCE
Na jakém principu je založen fázometr elektrodynamického systému?

Namísto čtyřsvorkových obvodů OS budeme v budoucnu na zesilovacích obvodech zobrazovat pouze prvky jejich ekvivalentních obvodů.

Předpokládejme, že zesílené napětí se mění sinusově a použijeme složitou metodu výpočtu.

Pro zjednodušení výpočtů přijmeme vztah mezi hodnotami odporu zpětnovazebních obvodů Ro.s. a ekvivalentní ekvivalentní obvod operačního zesilovače, obvykle prováděný v praxi,

těch. napětí na výstupu zesilovače a zpětná vazba v klidovém režimu (Rн=∞) jsou stejné

Z rovnice podle druhého Kirchhoffova zákona pro obrys 1 s přihlédnutím k (10.30)

Vyjádřeme komplexní napěťové zesílení neinvertujícího zesilovače v klidovém režimu

Dosazení do (10.31) výrazu pro komplexní napěťové zesílení operačního zesilovače v klidovém režimu Кu x operační zesilovač z (10.28) a po provedení nezbytných transformací získáme výraz pro komplexní napěťové zesílení neinvertujícího zesilovače

– mezní kmitočet neinvertujícího zesilovače (obr. 10.67, б);

je napěťové zesílení neinvertujícího zesilovače při nulové frekvenci a hodnotě Кu x operační zesilovač(0)>>1 (10.27, в).

Můžeme předpokládat, že ve frekvenčním rozsahu 0 ≤ ffgr Napěťové zesílení neinvertujícího zesilovače zůstává stejné

klesající s frekvencí f = fgr v , nebo 0,707 krát.

Negativní zpětná vazba zvyšuje hodnotu mezní frekvence neinvertující zesilovač (10.32) je tím větší, čím větší je hloubka zpětné vazby, tzn. tím nižší je poměr odporu Ro.s./R1.

Chcete-li určit výstupní odpor neinvertujícího zesilovače, představte si jeho obvod vzhledem k obvodu zátěže s odporem Rн na frekvenci f =0 a konstantní napětí Uin=konst aktivní dvoukoncová síť (viz obr. 1.24, а), jehož výstupní odpor podle (1.33) je roven

kde Un.x=(UinUo.s.)Кu x operační zesilovač(0) a In.k.=UinКu x operační zesilovač(0) /Rvýstupní operační zesilovač – otevřený okruh napětí (Rн=∞) a zkratový proud (Rн=0) neinvertujícího zesilovače a počítá se s tím, že při zkratu v zatěžovacím obvodu se zpětnovazební napětí Uo.s.=0, tzn. Napětí Uin OU=Uin. Vstupní impedance neinvertujícího zesilovače je

Sériová záporná napěťová zpětná vazba snižuje výstupní impedanci a zvyšuje vstupní impedanci neinvertující zesilovač.

Záporná zpětná vazba stabilizuje hodnotu napěťového zesílení neinvertující zesilovač. Pokud totiž hodnota napěťového zesílení neinvertujícího zesilovače Кuх(0) (10.33) se sníží, například kvůli poklesu napěťového zesílení operačního zesilovače Кu х OU(0) pod vlivem teploty se pak při konstantním napětí hodnoty napětí na výstupu zesilovače a záporná zpětná vazba snižují. Tím se zvýší napětí na vstupu operačního zesilovače a kompenzuje se pokles výstupního napětí.

ČTĚTE VÍCE
Jak správně nasadit sluchátka přes uši, abyste předešli bolestem uší?

Přenosová charakteristika neinvertujícího zesilovače je omezena hodnotami napětí napájecích zdrojů (obr. 10.67, в) a má lineární řez АВ zesílení vstupního napětí

U reálného zesilovače je tento úsek přenosové charakteristiky nelineární (viz obr. 10.63, а). Proto při sinusovém napětí na vstupu zesilovače bude napětí na jeho výstupu obsahovat vyšší harmonické. Kvantitativní hodnocení nelineárních zkreslení je harmonický činitel zkreslení

kde U1 и U2 . Un – efektivní hodnoty napětí na výstupu zesilovače základních a vyšších harmonických.

Negativní zpětná vazba snižuje harmonické zkreslení, snížení napěťového zesílení a rozšíření lineární části přenosové charakteristiky.

Přestože hodnota napěťového zesílení neinvertujícího zesilovače (10.34) závisí na poměru hodnot odporu R1 и Ro.s., druhé jmenované nelze zvolit libovolně. Jejich minimální hodnoty, stejně jako hodnoty odporu zátěžového obvodu Rн, jsou omezeny nosností operačního zesilovače. Maximální hodnoty jsou souměřitelnost hodnot proudu v rezistorech a na vstupu operačního zesilovače (viz tabulka 10.8).

Odpory rezistorů v obvodech zesilovačů založených na operačních zesilovačích jsou 10 3 – 10 6 ohmů, zisk napětí Кu х až 100, mezní frekvence fgr – až 10 6 Hz.

Po zvážení, na příkladu neinvertujícího zesilovače, vlivu negativní zpětné vazby na hodnoty jeho hlavních parametrů, s přihlédnutím k ekvivalentnímu obvodu skutečného operačního zesilovače, v budoucnu, aby se zjednodušily výpočty, budeme předpokládat, že operační zesilovač je ideální (10.29).

Neinvertující zesilovač založený na ideálním operačním zesilovači má napěťové zesílení

nezávislý na odporu zátěžového obvodu Rн>0 a frekvence f ≥ 0 a představuje ideální zdroj napětí řízený napětím

těch. závislý zdroj uн(uin) (viz § 1.6).

Koncept „zpětné vazby“ (FE) je široce používán jak v technologii, tak v jiných oblastech znalostí. Zpětná vazba je vliv nějaké výstupní hodnoty na nějakou vstupní hodnotu, která zase výrazně ovlivňuje výstupní hodnotu (určuje tuto výstupní hodnotu). Zesilovače obvykle používají tzv negativní zpětná vazba (OOS). V případě záporné zpětné vazby výstupní signál ovlivňuje vstupní signál tak, že vstupní signál klesá a v souladu s tím vede ke snížení výstupního signálu. Zároveň se snižuje zkreslení signálu, rozšiřuje se frekvenční rozsah atd.

Klasifikace zpětné vazby v zesilovačích znázorněno na Obr. 9.8.

ČTĚTE VÍCE
Jaký je rozdíl mezi stropním svítidlem a stropním lustrem?

V souladu s obrázkem 9.8 jsou zpětné vazby rozděleny na:

konzistentní v napětí (a);

paralelní napětí (b);

proud sekvenční (v);

paralelně v proudu (g).

Rýže. 9.8. Klasifikace zpětné vazby zesilovače:

К– dopředný přenosový koeficient nebo zesílení zesilovače bez zpětné vazby;β– koeficient přenosu zpětnovazebního obvodu

Chcete-li určit typ zpětné vazby (FE), musíte zátěž „zkratovat“. Pokud se zároveň zpětnovazební signál dostane na nulu, pak je to zpětná vazba v napětí, pokud signál zpětné vazby neklesne na nulu, pak je to zpětná vazba v proudu. Při napěťové zpětné vazbě je zpětnovazební signál z výstupu zesilovače na vstup úměrný výstupnímu napětí. Při proudové zpětné vazbě je zpětnovazební signál úměrný výstupnímu proudu. V sériové zpětné vazbě (přičítání napětí) je zpětnovazební signál napětí, které je odečteno (pro zápornou zpětnou vazbu) od napětí externího vstupního signálu. Při paralelní zpětné vazbě (sčítání proudu) je zpětnovazební signál proud, který je odečten od proudu externího vstupního signálu.

Zesilovače na bázi bipolárních tranzistorů

Zesilovač využívá jako aktivní prvek bipolární tranzistor. Před přivedením signálu k zesílení na vstup zesilovače je nutné zajistit počáteční provozní režim (statický režim, režim stejnosměrného proudu, klidový režim). Počáteční provozní režim je charakterizován konstantními proudy elektrod tranzistoru a napětími mezi těmito elektrodami.

Pro charakterizaci problému zajištění počátečního režimu jsou uvažovány následující tři schémata:

s pevným základním proudem;

se stabilizací kolektoru;

se stabilizací emitoru.

Obvod s pevným základním proudem (Obr. 9.9).

Rýže. 9.9. Spínací obvod pro tranzistor s pevným proudem báze

V souladu s druhým Kirchhoffovým zákonem

Odtud najdeme kolektorový proud iK:

což odpovídá lineární závislosti tvaru .

Tato rovnice popisuje tzv. čáru zatížení. Znázorněme výstupní charakteristiky tranzistoru a zatěžovací linie (obr. 9.10).

V souladu s druhým Kirchhoffovým zákonem

Odtud najdeme základní proud iб:

Vzhledem k tomu ubýtЕк, napětí zanedbáváme ubýt. Pak .

Rýže. 9.10. Výstupní charakteristiky tranzistoru se zátěžovou linkou

V uvažovaném obvodu je tedy proud ib specifikován veličinami Eк и Rб (proud je „pevný“). V čem .

Let iб=ib2. Poté počáteční pracovní bod (IOP) zaujme polohu znázorněnou na obr. 9.10. Je vidět, že nejnižší možná poloha počátečního pracovního bodu odpovídá bodu Y (režim cut-off, iб=0) a nejvyšší poloha je v bodě Z (režim saturace, iб ib4).

ČTĚTE VÍCE
Jaké je maximální povolené zatížení schodišťového stupně?

Pevný základní proudový obvod se zřídka používá z následujících důvodů:

když jsou vystaveny destabilizujícím faktorům (například teplotě), hodnoty a změny, které mění proud Irezervovat a polohu počátečního pracovního bodu;

pro každou hodnotu je nutné vybrat příslušnou hodnotu Rб, což je nežádoucí při použití jak diskrétních zařízení (tj. zařízení nevyráběných integrovanou technologií), tak integrovaných obvodů.

Stabilizační obvod kolektoru (obr. 9.11). Toto schéma poskytuje lepší stabilitu počátečního režimu.

Rýže. 9.11. Spínací obvod pro tranzistor se stabilizací kolektoru

Obvod má zápornou napěťovou zpětnou vazbu (výstup obvodu – kolektor tranzistoru je připojen na vstup obvodu – báze tranzistoru pomocí rezistoru Rб). S rostoucím proudem iк (například vlivem stoupající teploty) se začne zvyšovat napětí uRк. Tím se sníží napětí uke a aktuální iб (), což zabrání výraznému zvýšení prouduiк, tj. kolektorový proud bude stabilizován.

Obvod stabilizovaný emitorem (obr. 9.12). Hlavní myšlenkou implementovanou v obvodu je opravit proud iэ a skrze toto – aktuální iк . Za tímto účelem je v obvodu emitoru obsažen odpor Rэ a vytvořit na něm téměř konstantní napětí uRэ. Ukázalo se, že:

Pro vytvoření požadovaného napětí uRэ použijte dělič napětí přes odpory R1 и R2.

Rýže. 9.12. Spínací obvod pro tranzistor se stabilizací emitoru

Rezistory R1 и R2 zvolte, jak malá je aktuální hodnota iб prakticky neovlivňuje hodnotu napětí uR2. Čím

V souladu s druhým Kirchhoffovým zákonem u = uR2ubýt .

Při vystavení destabilizujícím faktorům hodnota ubýt se mění málo, proto se málo mění množství uRэ. V praxi je napětí obvykle uRэ tvoří malý zlomek napětí Ек.

Existují následující provozní režimy tranzistoru (třídy provozu): A, AB, B, C a D. Považováno RC – zesilovače obvykle pracují v А. V režimu А kolektorový proud je vždy větší než nula (iк > 0). Zároveň se zvyšuje nebo snižuje v závislosti na vstupním signálu. V režimu В proud Irezervovat=0, takže kolektorový proud se může pouze zvýšit. Se sinusovým vstupním signálem tečou v kolektorovém obvodu kladné půlvlny proudu. Režim AB je mezi režimy А и В. V režimu С Na vstup tranzistoru je přivedeno počáteční blokovací napětí, takže v kolektorovém obvodu v každé periodě vstupního signálu teče proud po dobu kratší než polovina periody. Režim D se nazývá klíčový provozní režim (tranzistor je buď v režimu saturace nebo v režimu cutoff).