Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
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 + Д40) 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
Неустойчивость и отрицательная обратная связь 73
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(c). 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-й, 8-й, 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.
4.6 Неустойчивость и отрицательная обратная связь
Говоря об усилителе с отрицательной обратной связью, мы предполагали, что
значение Д40 отрицательно на всех частотах. Если Д40 становится
положительным, то мы возвращаемся к формуле для коэффициента усиления с
обратной связью в общем случае:
Л-
1-М'
из которой следует, что величина А становится бесконечной и усилитель
генерирует при Д40 = 1.
Величина Д40 может стать положительной, как правило, вследствие изменения
знака А0 на высоких частотах, когда сдвиг по фазе между выходным и
входным сигналами из-за паразитных емкостей доходит до 180°. Максимальный
фазовый сдвиг в цепи, состоящей из одного резистора и одного
конденсатора, равен 90°, так что общий подход к решению проблемы фазовых
сдвигов состоит во включении корректирующего конденсатора сравнительно
большой емкости, действие которого на характеристику в области высоких
частот является преобладающим и обеспечивает гладкий спад усиления.
(Говорят, что усилитель обладает характеристикой первого порядка,
74 Отрицательная обратная связь
когда при каждом удвоении частоты усиление падает на 6 дБ. При такой
характеристике максимальный фазовый сдвиг равен 90°.) На частотах, где
набег фазы из-за паразитных емкостей доходит до 180°, спад усиления за
счет корректирующего конденсатора оказывается столь значительным, что
J3A0 " 1 и усилитель не может возбудиться.
Именно такой способ коррекции приводит к быстро падающей частотной
характеристике усилителя без обратной связи, как это имело место для
микросхемы 741 (см. рис. 4.3).
Описанный подход к проблеме устойчивости в области высоких частот
представляет собой частный случай применения важного принципа, известного
под названием критерия устойчивости Найквиста, всегда используемого при
анализе систем с обратной связью. Подробнее этот вопрос разбирается в
параграфе 7.7 в главе, посвященной усилению в области высоких частот.
4.7 Обратная связь по току
Обсуждение отрицательной обратной связи в данной главе было сосредоточено
на обратной связи по напряжению, так как это самый простой случай.
Иногда встречается обратная связь по току, у которой основные
характеристики те же, что и у обратной связи по напряжению, в том, что
касается стабилизации усиления и уменьшения искажений. В простейшем виде
