Влияние внутренней ОС на свойства резонансного усилителя

Общие сведения. 

       В усилителях обратная связь возможна через цепи питания, через соединительные цепи усилителя, через проводимость внутренней обратной связи усилительного прибора. Первые два вида обратной связи, в принципе, могут быть устранены рациональным построением схемы и конструкции усилителя. 

       Рассмотрим влияние внутренней ОС. Внутренняя ОС в усилителе обусловлена обратной взаимной проводимостью . В ламповых усилителях с общим катодом она определяется проходной емкостью лампы . В усилителе на биполярном транзисторе  является комплексной величиной

       где

Эквивалентная схема усилителя с учетом влияния внутренней ОС и ее параметры. 

       Для анализа влияния внутренней ОС рассмотрим схему усилителя с входным контуром. На этой схеме для наглядности элементы проводимости внутренней ОС  и  показаны как бы вынесенными за пределы активного элемента. 

       Через внутреннюю ОС создаются паразитные влияния выходного контура усилителя на входной. Оценим это влияние. 

       Проводимость обратной связи  создает на входе усилителя ток , что эквивалентно возникновению составляющей входной проводимости  обусловленной внутренней обратной связью. Эту составляющую называют входной динамической проводимостью.

 

 

 

Pисунок 10.1.

       Из выражения для , полученного ранее

       получаем

       Подставим в это выражение параметры

       тогда получим

       где  - аргумент произведения.

       Применим формулу Эйлера к выражению для :

       Применив формулу Эйлера к  после соответствующих преобразований получим

       Из полученного выражения видно, что входная динамическая проводимость содержит активную и реактивную составляющие. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Каждая из них может быть разложена на две составляющие, которые по разному зависят от расстройки выходного контура:

       Покажем характер зависимостей   :

 

 

 

Pисунок 10.2.

       Эти составляющие входной динамической проводимости шунтируют входной контур, что приводит к изменению формы резонансной кривой. 

Анализ влияния внутренней ОС в ламповом усилителе и усилителе на полевом транзисторе. 

       В ламповом усилителе и усилителе на полевом транзисторе

       , поэтому ;   и остаются только две проводимости, обусловленные наличием 

       Рассмотрим влияние этих проводимостей на форму резонансной кривой контура на входе усилителя. Будем считать, что он настроен примерно на одну и ту же частоту, что и выходной контур. Если бы все составляющие входной динамической проводимости не зависели от частоты, то резонансная кривая входного контура имела бы вид, показанный на рисунке сплошной линией.

 

 

 

Pисунок 10.3.

       В действительности же  и  изменяются с частотой. На частотах ниже резонансной проводимость  отрицательна и поэтому вызывает подъем усиления. Это можно объяснить следующим образом. На частотах ниже резонансной выходной контур имеет индуктивное сопротивление.

 

 

 

Pисунок 10.4.

       Поэтому напряжение  опережает ток  на угол, близкий к 90°. Из-за этого напряжения возникает ток  через емкость , опережающий напряжение еще на 90°. Так как ток  синфазен напряжению  и током  сдвиг фаз будет равен 180°, что эквивалентно отрицательной входной проводимости. Она компенсирует потери входного контура, вызывая увеличение напряжения, т.е. в усилителе возникает положительная ОС. 

       На частотах выше резонансной проводимость  положительна. Она вносит во входной контур дополнительные потери, приводя к уменьшению усиления, т.е. имеет место отрицательная ОС.

 

 

 

Pисунок 10.5

       Влияние  на форму резонансной кривой входного контура проявляется в том, что при понижении частоты полная емкость контура будет уменьшаться, а его резонансная частота будет увеличиваться. Фактическая расстройка будет больше той, на которую была понижена частота. Поэтому спад усиления будет более резким (штриховая линия слева от оси ординат). При повышении частоты полная емкость контура будет уменьшаться и резонансная частота контура увеличиваться. Контур будет частично как бы подстраиваться под изменяющуюся частоту. В результате фактическая расстройка уменьшается, усиление оказывается больше, чем при отсутствии обратной связи (штриховая линия справа от оси ординат). 

Анализ влияния внутренней ОС в усилителе на биполярном транзисторе. В усилителе на биполярном транзисторе влияние емкости  приводит к аналогичным изменениям формы резонансной кривой входного контура. Однако вследствие комплексности прямой и обратной взаимных проводимостей  и  имеют место все четыре составляющих входной динамической проводимости: ;  ; ;  . 

       Характер влияния проводимостей  и  такой же как и в усилителях на полевых транзисторах и на лампах. 

       Рассмотрим влияние проводимостей  и  на форму резонансной кривой входного контура. 

       Изменения  с частотой как бы частично подстраивают входной контур под изменяющуюся частоту, т.е. расширяют вершину резонансной кривой. Действительно при резонансе  равна нулю. При понижении частоты  увеличивается, резонансная частота понижается и фактическая расстройка контура относительно резонанса уменьшается. При повышении частоты  отрицательна. Полная емкость контура уменьшается, резонансная частота увеличивается, что приводит к уменьшению фактической расстройки и соответственно к увеличению усиления. При достаточно большой расстройке уменьшается и перестает влиять на форму резонансной кривой контура.

 

 

 

Pисунок 10.6.

       Проводимость  уменьшается при отклонении частоты от резонансной в обе стороны. При этом увеличивается добротность входного контура, растет усиление справа и слева от резонанса. Вершина резонансной кривой расширяется, прямоугольность улучшается. Таким образом, проведенный анализ показал, что наличие внутренней обратной связи в усилителе приводит к деформации резонансной характеристики входного контура и может даже вызвать самовозбуждение усилителя из-за отрицательного характера проводимости .