Отрицательная и положительная обратная связь в усилителе (ООС и ПОС)

опубликовал Designer | 25.07.2016 | In -Электрика | Комментариев нет

В случае труды усилителя со своим конечным, то есть уже усилиенным сигналом проявляется ровное воздействие на его выходной уровень. То есть появляется так называемая обратная связь. Фактически такую связь для простоты понимания можно сопоставить с поездом, который движется по кольцевой и все вагоны прицеплены один за иным без разрыва.
Так вот, это обратная связь бывает положительная, когда поезд ускоряется, и негативная, когда он тормозит. Конечно, это все условные понятия, а чтобы было все удобопонятно и достоверно, давайте разберем примеры ПОС и ООС все же не на примере поезда, а в электронике, где они и встречаются.

Что такое позитивная обратная связь ПОС

Положительная обратная связи, представляет собой подобный тип, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, какое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения, а в случае негативной обратной связи происходит полностью обратный процесс.
Многие из нас сталкивались с образцом обратной связи, который происходит при работе набора звукоусилительной аппаратуры для выступлений: когда оратор содержит микрофон слишком близко к динамикам возникает высокий «воющий» звук, что связано с тем, что аудио усилитель воспринимает и углубляет свой собственный шум. Данное явление — пример положительной или регенеративной возвратной связи, поскольку любой звук, поступающий в микрофон усиливается и превращается в ещё немало громкий звук громкоговорителя и таким образом возникает петля возвратной связи, в которой вибрация поддерживает сама себя, увеличиваясь всё больше и больше, в результате чего возникает шум с постоянно растущей громкостью, до тех пор пока система не входит в состояние «насыщения» и не может немало усиливать звук.
Можно задаться вопросом, каковы возможные преимущества возвратной связи в усилителях, учитывая такие раздражающие её проявления как «воющий» звук звукоусилительной аппаратуры для выступлений. Если мы заведём в схему усилителя положительную или регенеративную обратную связь, то будет создана тенденция генерирования и поддержания колебаний, частота каких определяется значениями компонентов, осуществляющих подачу сигнала обратной связи с выхода на вход. Это одинешенек из способов сделать генератор, — схему для получения переменного тока от ключа постоянного тока. Генераторы — чрезвычайно полезные схемы, и поэтому оборотная связь может иметь определённое практическое применение.

Что такое негативная обратная связь ООС

Отрицательная обратная связь, с другой стороны, оказывает на усилитель «смягчающее» воздействие: при увеличении амплитуды выходного сигнала сигнал возвратной связи противодействует изменению выходного сигнала. В то время как положительная оборотная делает систему менее устойчивой, отрицательная обратная связь работает противоположным образом: стабильность системы лишь увеличивается.
Усилитель, обнятый отрицательной обратной связью не только более стабилен, но также в меньшей степени искажает входной сигнал и, как правило, может углублять в более широком диапазоне частот. Плата за эти преимущества (должны же быть быть и недостатки отрицательной обратной связи, не так ли?) — уменьшение коэффициента усиления. Если доля выходного сигнала усилителя «поступает обратно» на вход, и противодействует любым изменениям выходного сигнала, то для обеспечения той же что и ранее амплитуды на выходе требуется входной сигнал большей амплитуды. Собственно этим обуславливается уменьшенный коэффициент усиления при наличии отрицательной возвратной связи. В любом случае, такие преимущества как стабильность, пониженный степень искажения и более широкая полоса пропускания, стоят того, чтобы «поступиться» определённой частью усиления.
Рассмотрим простую схему усилителя и установим, как мы могли бы ввести в неё отрицательную обратную связь (см. рисунок ниже).

Усилитель с всеобщим эмиттером без обратной связи

На схеме показан усилитель с общим эмиттером, в каком цепочка резисторов смещения образована резисторами R1 и R2. Конденсатор связывает Vвх с усилителем таким манером, что источник сигнала не имеет напряжения постоянного тока, сообщённого делителем усилия R1/R2. Резистор R3 служит для контроля над коэффициентом усиления напряжения. При максимальном коэффициенте усиления усилия данный резистор можно опустить, но поскольку подобные резисторы базы нередко используются в схемах усилителей с общим эмиттером, на рисунке он показан.
Как и все усилители с всеобщим эмиттером показанный усилитель инвертирует усиленный входящий сигнал. По-иному говоря, нарастающее напряжение входящего сигнала ведет к падению усилия на выходе и наоборот. На рисунке ниже показаны формы кривой на осциллографе.

Усилитель с всеобщим эмиттером без обратной связи и исходные формы кривой для сравнения

Поскольку выходной сигнал воображает собой копию входного сигнала в зеркальном отображении, любое соединение между выходом (коллектором) и входом (базой) транзистора (как показано на рисунке ниже) создаст негативную обратную связь.

Отрицательная обратная связь, коллекторная обратная связь ослабляет выходной сигнал

Резисторы R1, R2, R3 и Rобр.св. совместно функционируют таким образом, что напряжение на базе транзистора (по отношению к земле) воображает собой среднее значение входного напряжения и напряжения обратной связи, что ведет к тому, что на транзистор поступает сигнал меньшей амплитуды. Таким манером, схема усилителя на рисунке выше будет иметь сокращенный коэффициент усиления усилия, но лучшую линейность (меньшее искажение) и более широкую полосу пропускания

Подводя итог об возвратной положительной и отрицательной связи (ПОС и ООС)

• Обратная связь — подача выходного сигнала усилителя на его вход.
• Позитивная , или регенеративная обратная связь приводит к такому изменению входного сигнала, какое способствует отклонению выходного сигнала от первоначального значения и в системе возникают колебания (переменный ток). Частота этих колебаний в порядочной степени определяется подбором компонентов цепи обратной связи.
• Негативная обратная связь способствует стабильности работы усилителя, так что изменения выходного сигнала меньше для этого входного сигнала, чем при отсутствии обратной связи. Это приводит к снижению коэффициента усиления, однако подаёт и определённые преимущества: уменьшение искажений и увеличение полосы пропускания (пролетария диапазона частот).
• Отрицательная обратная связь может быть заведена в схему с общим эмиттером посредством соединения коллектора с базой, либо линией включения резистора между эмиттером и землёй.
• Резистор «обратной связи» эмиттер-земля обыкновенно используется в схемах с общим эмиттером в качестве превентивной меры против искажения, обусловленного повышением температуры .
• Негативная обратная связь также обладает тем преимуществом, что коэффициент усиления по усилию становится более зависимым от номиналов резисторов и менее зависимым от характеристик самих транзисторов.
• Усилители с всеобщим коллектором характеризуются более глубокой отрицательной обратной связью вследствие присутствия нагрузочного резистора между эмиттером и землёй. Такая обратная связь обеспечивает необыкновенно стабильный коэффициент усиления, а также защиту от искажений, обусловленный повышением температуры транзисторов..
• Коэффициент усиления усилителя с всеобщим эмиттером может быть восстановлен без ущерба для устойчивости к искажениям посредством подключения шунтирующего конденсатора параллельно с «резистором возвратной связи» эмиттера.
• Если усиление напряжения является сколь угодно рослым (10000 и выше), а отрицательная обратная связь используется для уменьшения коэффициента усиления до благоразумного уровня, то коэффициент усиления будет примерно равен Rобр.св. / Rвх.. При присутствии обратной связи изменения коэффициента усиления транзистора ? или других параметров компонента не будут владеть большого влияния на усиление напряжения, в результате чего мы получим стабильный усилитель несложной конструкции.