Искажения и отрицательная обратная связь

January 14, 2012 by admin Комментировать »

Как следует из приведенного выше рассмотрения, нелинейные искажения можно считать результатом нежелательного добавления усилителем новых компонент к исходному сигналу. Приводимый ниже расчет показывает, что отрицательная обратная связь уменьшает искажения во столько же раз, во сколько падает коэффициент усиления.

Рассмотрим усилитель на рис. 4.5 с равным А0 коэффициентом усиления без обратной связи и искажающим сигналом D0 на выходе до включения обратной связи, то есть без нее:

или

где А — AJ{ 1 + 0Aq) — коэффициент усиления напряжения с обратной связью и D = DJ{ 1 + /Ц) — величина искажающего сигнала на выходе при наличии отрицательной обратной связи.

Мы видим, таким образом, что в случае, когда усилитель охвачен отрицательной обратной связью, искажения уменьшаются в (1 + J3A0) раз, но при этом входной сигнал должен быть увеличен во столько же раз, чтобы поддержать основной выходной сигнал на прежнем уровне. На первый взгляд это может показаться бессмысленным упражнением, но только до тех пор, пока не становится ясным, что фактически все искажения порождаются в оконечном каскаде усилителя, которому только и приходится иметь дело с большими сигналами. Использование второго усилителя для увеличения входного сигнала в (1 + /Ц) раз не внесет существенного вклада в общий уровень искажений, так как на этом этапе преобразования речь идет об усилении только малых сигналов. Дополнительное усиление напряжения является недорогой платой за малые искажения, так что это стоящий обмен. Трудно спроектировать усилитель мощности с полным коэффициентом нелинейных искажений менее 1 % без обратной связи, тогда как отрицательная обратная связь делает значения, меньшие 0,01 %, обычными для высококачественных усилителей звукового диапазона.

Хотя отрицательная обратная связь и выглядит панацеей от всех «болячек» усилителя, важно отметить, что она эффективна только до тех пор, пока коэффициент усиления А0 без обратной связи остается много больше, чем коэффициент усиления А с обратной связью. Это условие может не выполняться на высоких частотах, где шунтирующее действие оказывает емкость, особенно значительная у мощных транзисторов. По этой причине часто в усилителях звукового диапазона искажения возрастают на частотах выше 10 кГц. Второй, может быть, более очевидной причиной внезапно наступающего уменьшения усиления без обратной связи является перегрузка усилителя, когда выходной каскад либо входит в режим отсечки, либо насыщается на части периода сигнала. В условиях отсечки и насыщения выходной сигнал больше не реагирует на входное воздействие: коэффициент усиления падает до нуля и никакая отрицательная обратная связь не может скорректировать наступающие при этом искажения. Вот почему особенностью усилителей с обратной связью является тот факт, что перегрузка наступает очень резко и совершенно внезапно начинаются искажения.

Менее очевиден пример того, как падает усиление без обратной связи при искажениях типа «ступеньки», показанных на рис. 4.4, в. В плохо спроектированном усилителе искажения такого рода могут быть настолько сильными, что коэффициент усиления фактически падает до нуля в точках перехода сигнала через ноль. При этом отрицательная обратная связь не вносит улучшений, и результирующие искажения доставляют особенно много неприятностей при воспроизведении звука, так как содержат гармоники высших порядков (вплоть до 7, 8, 9-й и выше) при низком уровне основного сигнала. «Обычный порядок» в электронике оказывается перевернутым с ног на голову, и сигнал становится искаженным тем в большей степени, чем меньше его амплитуда.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты