Отрицательная обратная связь: история и концепция

История и концепция обратной связи
• Обратная связь была изобретена майором Эдвином Армстронгом для создания электрических генераторов.
• Армстронг обнаружил, что отрицательная обратная связь (ООС) также имеет ценные преимущества.
Простая ООС
• ООС уменьшает искажения и шум в усилителе.
• ООС делает частотную характеристику системы более равномерной.
Влияние обратной связи на коэффициент усиления
• ООС изменяет коэффициент усиления каскада.
• Коэффициент усиления замкнутого контура (A') определяется уравнением A' = Eo/(e i - бета Eo).
Преимущества отрицательной обратной связи
• ООС уменьшает коэффициент усиления при увеличении обратной связи.
• ООС поддерживает коэффициент усиления при ухудшении состояния компонентов.
Проблемы со стабильностью
• Фазовые сдвиги могут снижать стабильность схемы.
• Устойчивость системы требует, чтобы коэффициент усиления не превышал единицы на частотах с фазой сигнала обратной связи -180°.
• Запас усиления и запас фазы используются для описания устойчивости усилителя.
Проблемы в аудиосистемах
• Фазовый сдвиг зависит от характеристик нагрузки, частоты и амплитуды сигнала.
• Нестабильность системы может привести к изменению формы волны сигнала или всплескам колебаний.
Проблемы с генерацией тестовых сигналов и моделированием нагрузок
• Трудно сгенерировать подходящие входные тестовые сигналы.
• Сложно смоделировать нестандартные нагрузки в лаборатории.
Влияние ООС на стабильность и гармонические искажения
• Плохо спроектированные усилители дают неприятные результаты с ООС.
• ООС может ухудшить гармонические искажения, особенно при использовании реактивных нагрузок.
• Важно проектировать усилители с большим запасом устойчивости контура.
Последовательная и параллельная ООС
• Последовательная ООС: входной сигнал подключается к неинвертирующему входу, сигнал обратной связи — к инвертирующему через резисторы.
• Параллельная ООС: входной сигнал и сигнал обратной связи подаются на инвертирующий вход параллельно.
Влияние последовательной ООС на входное сопротивление
• Входной импеданс увеличивается пропорционально степени обратной связи.
• Входной ток увеличивается пропорционально степени обратной связи.
Влияние параллельной ООС на входное сопротивление
• Входное сопротивление уменьшается пропорционально степени обратной связи.
• Входное сопротивление может быть очень низким, что позволяет использовать схему как суммирующий усилитель.
Влияние ООС на выходной импеданс
• ООС снижает выходной импеданс блока усиления.
• Эффект снижения выходного сопротивления одинаков для обеих систем с обратной связью.
Влияние ООС на гармонические составляющие сигнала
• ООС может ухудшить общее гармоническое искажение и изменить распределение гармонических составляющих.
• Гармонические составляющие, присутствующие в обратной связи, могут создавать новые компоненты искажений.
Результаты измерений на каскаде усилителя
• Измерения проводились на простом каскаде усилителя на полевых транзисторах
• Использовались различные уровни обратной связи (ООС)
Влияние ООС на искажения
• При ООС более 15 дБ искажения уменьшаются, как предсказывает математическая модель
• При ООС до 10 дБ искажения могут усилиться из-за увеличения амплитуды компонентов более высокого порядка
Проблемы в ламповых усилителях
• В ламповых усилителях трудно добиться высокого коэффициента усиления в однокаскадных схемах
• Применение ООС в многокаскадных усилителях с трансформаторной связью сложно
Продолжение темы
• В следующем видео будет рассмотрено практическое применение ООС в ламповых усилителях