Обратная связь

Напряжение коллектора определяется по формуле: Uк=Uп-Iк*Rн. Поэтому чем больше ток коллектора, тем меньше напряжение коллектора. Ток коллектора тем больше, чем больше ток базы. Ток базы тем больше, чем больше напряжение между базой и эмиттером. Таким образом, чем больше напряжение на базе относительно эмиттера, тем меньше напряжение коллектора. Следовательно, сигнал на выходе транзистора (на коллекторе) находится в противофазе (рис. 1) по отношению к сигналу на входе (на базе).

Рис. 1

 

Можно подать часть сигнала с выхода транзистора на его вход и, таким образом, создать отрицательную обратную связь. Связь названа отрицательной, потому, что сигнал, пришедший с выхода транзистора, находится в противофазе с входным сигналом. Поэтому входной сигнал уменьшается по амплитуде.

Отрицательная обратная связь имеет ряд достоинств. Во-первых, уменьшаются нелинейные искажения сигнала, которые могут возникать в усилительном каскаде. Во-вторых, увеличивается стабильность работы усилителя.

Недостатком отрицательной обратной связи является уменьшение усиления каскада.

Рассмотрим ряд схем, в которых применена отрицательная обратная связь (ООС).

В схеме, изображённой на рисунке 2, ООС осуществляется за счёт подключения резистора смещения не к положительному полюсу источника питания, а к коллектору. Если входной сигнал увеличивает напряжение на базе, уменьшившееся напряжение коллектора уменьшает напряжение смещения т.е. напряжение на базе, и наоборот.

 Достоинства схемы:

Лёгкость настройки усилителя на правильный режим работы.

Высокая температурная стабильность.

Уменьшение искажений сигнала.

Недостатки:

Более низкое усиление, по отношению к каскаду без ООС.

Рис. 2

  На схеме, приведённой на рисунке 3, переменная составляющая выходного сигнала подаётся на вход транзистора при помощи конденсатора.

Достоинства:

Уменьшение искажений.

Высокие частоты усиливаются слабее, что обеспечивает коррекцию тембра.

Недостатки:

Неодинаковое усиление высоких и низких частот: Высокие частоты усиливаются слабее, чем низкие, но низкие частоты могут быть сильнее искажены.

Рис. 3

В транзисторе ток эмиттера равен сумме тока базы и тока коллектора: Iэ=Iк+Iб. Таким образом, ток эмиттера немного больше тока коллектора. Если в цепь эмиттера поставить резистор, то ток эмиттера будет вызывать падение напряжения на этом резисторе. Если напряжение базы возросло за счёт входного сигнала, ток базы и ток коллектора тоже возросли, а, значит, возрос и ток эмиттера, который вызвал увеличение падения напряжения на резисторе в цепи эмиттера. Следовательно, эмиттер стал более положителен. Значит напряжение базы относительно эмиттера снизилось (Рис. 4).

Достоинства:

Уменьшение искажений.

Высокая температурная стабильность.

Недостатки:

Снижение усиления.

Рис. 4

В усилителях различные виды отрицательной обратной связи могут комбинироваться (Рис. 5 и 6):

Рис. 5

Рис. 6

Отрицательной обратной связью могут охватываться двухкаскадные усилители (Рис. 7):

Рис. 7

Кроме отрицательной обратной связи существует также положительная обратная связь. В этом случае сигнал с выхода усилителя тоже подаётся на вход, но фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного сигнала. Таким образом, усиление увеличивается.

Достоинства положительной обратной связи:

Высокое усиление.

Позволяет создавать незатухающие колебания.

Недостатки положительной обратной связи:

Увеличиваются искажения.

Уменьшается устойчивость работы усилителя.

Если связь слишком большая, то усилитель вместо того, чтобы усиливать входной сигнал, будет генерировать свои собственные колебания.

Возьмём двухкаскадный усилитель и соединим его выход со входом через конденсатор (Рис. 8). Выходной сигнал находится в фазе с входным. Следовательно, в усилителе осуществится положительная обратная связь, что вызовет появление собственных колебаний в усилителе. Поэтому этот усилитель превратится в генератор. Из наушника будет слышен гудок или свист, частота которого зависит от ёмкости конденсатора связи. Поэтому на вход этого усилителя бесполезно подавать какой-либо сигнал, например, сигнал с микрофона т.к. он всё равно будет заглушён собственными колебаниями.

Рис. 8

Если положительную обратную связь отключить, то усилитель возвращается к своей нормальной работе. Рассмотрим приведённую ниже схему (рис. 9). На входе усилителя стоит переключатель. В одном положении переключателя вход усилителя соединён с микрофоном, поэтому усилитель будет усиливать сигнал с микрофона. В другом положении переключателя вход усилителя соединён с выходом, т.е. образуется положительная обратная связь. В этом случае из наушника будет доноситюся свист. Таким образом, мы получили переговорное устройство с вызовом.

Рис. 9

 

Ещё одна схема с положительной обратной связью – это схема мультивибратора (рис. 10). В этой схеме ток коллектора каждого из двух транзисторов может принимать только два значения: большой ток и очень маленький ток. Эти состояния всё время меняются. Причём, если ток на коллекторе одного транзистора большой, то на коллекторе другого транзистора – маленький и наоборот. Если в цепь коллекторов включить светодиоды, то они будут попеременно мигать. Частота мигания зависит от ёмкости конденсаторов связи.

Рис. 10

 

Положительную обратную связь можно получить при помощи двух транзисторов, каждый из которых поворачивает фазу на 180°, в результате чего, сигнал на выходе оказывается в фазе с сигналом на входе. Таким образом, получается генератор звуковой частоты. Генератор можно собрать и на одном транзисторе. Для этого необходимо применить несколько фазовращающих цепочек (рис 11), состоящих из конденсатора и резистора. С их помощью можно повернуть фазу выходного сигнала на такой угол, чтобы он оказался в фазе с входным сигналом (рис. 12).

Рис. 11

Рис. 12