(l-W dK* 1 dK

К* 1-/ср к

(5.12)

т. е. нестабильность коэффициента усиления усилителя с обратной связью по напряжению в (1-/СР) раз меньше нестабильности усиления в отсутствие обратной связи. Чтобы стабилизировать усиление, величину /СР делают значительно больше единицы, при этом

А:* = -да-, (5.13)

т. е. усиление всецело определяется параметром р.

Уменьшение нелинейных искажений. Отрицательная обратная связь уменьшает нелинейные искажения усиленного напряжения. Эти искажения появляются из-за нелинейности характеристик ламп и трансформаторов усилителя, т. е., в сущности, из-за изменения коэффициента усиления при изменении величины мгновенных значений напряжений на электродах ламп. Благодаря регулирующему действию усилителя нелинейные искажения уменьшаются в (1-/ф) раз. Аналогичным образом уменьшаются выходные напряжения помех и наводок, проникающих в каскады усилителя, охваченные обратной связью.

Разновидности усилителей с отрицательной обратной связью. Свойства усилителей с обратной связью можно сильно изменять надлежащим выбором величины и характера параметров К w р.

Слабая отрицательная обратная связь (КР = -3-:--10) применяется

главным образом в усилителях радиоприемников для уменьшения нелинейных искажений.

Измерительные усилители, отличающиеся малой погрешностью и стабильным коэффициентом усиления, характеризуются сильной связью

(КР = -100-:--1000). в таких усилителях обратную цепь устраивают в виде

делителя из стабильных проволочных сопротивлений. Если КР = -500 и

цепь исправляет эти отклонения. Чем больше АГР, тем точнее регулирование.

Аналогию между регуляторами и усилителями впервые обнаружил А. В. Михайлов, который предложил изображать разнообразные регуляторы в виде эквивалентных электронных усилительных схем и, таким образом, ввел в практику анализ регуляторов методами теории усилителей с обратной связью [5.1].

Стабильность коэффициента усиления. Усиление прямой цепи К может изменяться при изменении напряжения питания, старении ламп, при смене ламп и по другим причинам. Поэтому важно определить нестабильность усиления dKjK* при изменении усиления прямой цепи dKlK. Будем полагать, что все величины вещественны, Тогда из (5.8) следует:

цдие к при смене ламп изменяется на ±50%, то согласно (5.12) относительное изменение усиления будет всего-навсего:

Стабилизаторы напряжения с обратной связью принципиально не отличаются от усилителей, но выбором величины =+1, а р = --100, -1000 больше получают вместо усиления ослабление переменной составляющей входного напряжения. Для увеличения коэффициента Р в обратную цепь стабилизаторов включают усилитель. Стабилизаторы описаны в главе 11.

Дифференцирующие и интегрирующие усилители, описанные в главе 10, делают с комплексной обратной связью. В этом случае обратная цепь состоит из комбинаций сопротивлений, конденсаторов и индуктивностей. При больших значениях форма выходного напряжения определяется свойствами р (р) и может сильно отличаться от формы входного напряжения.

Избирательные усилители с узкой полосой пропускания в области низких частот почти всегда осуществляют при помощи обратной связи через четырехполюсник, коэффициент передачи которого сильно зависит от частоты (см. § 7.4).

Положительная обратная связь. В случае положительной обратной связи (Kf>>0) напряжение u = Ubx +Uoc>Ubx ак как знак напряжения обратной связи совпадает со знаком входного напряжения. Поэтому К* Ж. Стабильность коэффициента усиления /С* при положительной обратной связи ухудшается соответственно формуле (5.12). Поэтому усилители с положительной связью применяются редко.

В области регенерации (рис. 5.5), когда О < К< \, увеличение приводит к увеличению К*. При этом простое количественное увеличение усиления петли обратной связи сначала вызывает лишь плавное увеличение усиления К* всей системы, т. е. при --f 1 коэффициент усиления усилителя с положительной обратной связью К*- --Ноо. Когда же /СР достигает величины К - + \, происходит резкое качественное изменение свойств системы - усиление становится бесконечным. Бесконечный коэффициент усиления означает, что выходное напряжение усилителя может существовать при входном напряжении, равном нулю, что свойственно только генераторам. Таким образом, в системах с обратной связью при критическом значении =+1 происходит качественный скачок - превращение усилителя в генератор.

Для возникновения генерации необходимо некоторое первоначальное колебание напряжения в цепях генератора. Это первоначальное колебание получается, например, когда на аноды ламп подают напряжение питания.

В области генерации, когда -f l </ifр < оо, формулы, выведенные для усилителей, не действительны ввиду качественного изменения свойств системы. Свойства различных генераторов изучают с учетом нелинейности элементов системы, которая имеет в генераторах первостепенное значение. Здесь мы только заметим, что амплитуда

колебаний ограничивается нелинейностью характеристик ламп. При возрастании амплитуды колебаний вследствие нелинейности характеристик происходит уменьшение величины /Ср до тех пор, пока /{3 в среднем за период не станет равно единице. Поэтому нижняя ветвь гиперболы на рис. 5.5 не имеет смысла. Если /СР лишь незначительно больше единицы, например /СР =-4-1,001, то форма колебаний близка к синусоидальной. При больших /Ср, например /СР = -flOO, колебания обычно несинусоидальны. Подробно эти вопросы освещаются в курсах теории колебаний.

Зависимость выходного сопротивления усилителя с обратной связью от усиления петли аналогична зависимости f(*(f(fi). Это вытекает из (5.8) и (5.9).

Благодаря отрицательной обратной связи выходное сопротивление уменьшается в (1-iP) раз. Выбирая достаточно большую величину /ср, например /СР ==-10 000, можно уменьшить выходное сопротивление до десятых ома и менее. Последнее очень важно, так как при \Zвык\<\Z\ коэффициент усиления /Снагр мало изменяется даже при значительных изменениях Z.

В области О < /ср < -Ь 1 выходное сопротивление увеличивается и при К = +\ становится равным ±оо. В области генерации, когда /ср > +1, выходное сопротивление системы отрицательно в течение определенных долей периода. Ввиду того, что при /CP-fi происходит качественное изменение свойств системы, выходное сопротивление работающего генератора определяется законами генерации, а не ветвью гиперболы, изображенной на рис. 5.5 пунктиром.

Параметры одиокаскадного усилителя с обратной связью по напряжению. В результате изменения выходного сопротивления усилителя вследствие введения обратной связи происходит изменение постоянных времени усилителя Тд и т, его частотных и переходной характеристик. Особенно наглядно эти изменения можно проследить на примере одиокаскадного усилителя.

Полное выходное сопротивление усилителя без обратной связи равно

вых = вых +

После введения обратной связи выходное сопротивление изменяется:

7* -вых ВЫХ I 1

Zbhx- j - i +y<aCl-K P) -

вых - Rbux-\-Т~7 t (5.15)

где / с-с

Bb.x = Y= c;==Q(i-K,P):