Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 35

рис. 39, 3

Еще одно достоинство отрицательной обратной связи: она делает усилитель менее капризным, его режимы в меньшей степени зависят от изменения питающих напряжений, от изменения нагрузки на выходной каскад. Последнее обстоятельство особенно важно для усилителей радиоузлов, так как в процессе работы радиоузла нагрузка его оконечных каскадов может сильно изменяться. Представьте себе, что во время какой-нибудь неинтересной передачи половина слушателей — абонентов радиоузла — выключит свои громкоговорители.

В этом случае резко изменится нагрузка, а значит, и режим работы выходного каскада. С несколько похожим явлением мы встречаемся и в усилителе, работающем на динамический громкоговоритель: сопротивление звуковой катушки громкоговорителя неодинаково на различных частотах, и поэтому режим выходного каскада также меняется с частотой.

Каким же образом отрицательная обратная связь может уменьшить эти недостатки? Обратная связь автоматически регулирует усиление каскада: если уменьшится нагрузка и возрастет выходное напряжение U_вых, то сразу же появится некоторое дополнительное напряжение обратной связи, которое будет стремиться уменьшить U_вых. Таким образом, отрицательная обратная связь стремится сохранить неизменным выходное сопротивление усилителя и режим его работы.

Некоторые распространенные цепи подачи отрицательной обратной связи упрощенно показаны на рис. 39, 6. Цепь д нам уже знакома по рис. 39, 1, а. Разница лишь в том, что напряжение U_o.с снимается непосредственно со вторичной обмотки выходного трансформатора, к которой подключен громкоговоритель. Это оказывается возможным потому, что один из выводов звуковой катушки всегда заземляют, причем для громкоговорителя безразлично, какой из выводов обмотки II будет заземлен. Это позволяет, меняя местами выводы А и Б обмотки II, подобрать нужную фазу U_o.с. Глубину обратной связи подбирают с помощью сопротивления R_o.с: чем меньше это сопротивление, тем большая часть выходного напряжения приходится на долю U_o.с, тем глубже обратная связь.

рис. 39, 6

Цепь г также направляет напряжение U_o.с на сетку Л₂, но не непосредственно, а через сопротивление R_к2. Теперь к напряжению U_к, которое возникает на этом сопротивлении за счет I_а переменной составляющей анодного тока, прибавится напряжение U_o.с, поступающее с выходного трансформатора. Цепи ей ж подводят U_o.с к усилителю напряжения Л₁), и, таким образом, обратная связь охватывает уже два каскада. В этом случае напряжение U_o.с действует более эффективно — оно дополнительно усиливается лампой Л₁. Необходимая фаза напряжения U_o.с и здесь устанавливается заземлением того или другого вывода (А или Б) обмотки II.

При этом все зависит от того, куда и по какому пути направлено напряжение U_o.с. Так, если для подачи отрицательной обратной связи по линии д нужно заземлить вывод Б, то такое же включение обмотки II сохранится и при использовании линии е. Для линии обратной связи г или ж фаза должна быть дополнительно сдвинута на 180°, то есть заземлить нужно вывод А. Аналогичные линии обратной связи вы встретите в большинстве практических схем и усилителей НЧ (рис. 44, 46, 51, 61 и др).

В некоторых схемах (например, рис. 62) вы увидите не совсем обычную цепь отрицательной обратной связи в каскаде, получившем название ультралинейного усилителя (рис. 39, 4, а). Здесь часть напряжения U_a~ с первичной обмотки выходного трансформатора Тр_в подается на экранную сетку и отсюда управляет анодным током. Переменное напряжение U_э~ и есть напряжение обратной связи. Так же как и U_а~ напряжение U_э~ противофазно сеточному, то есть обратная связь через экранную сетку получается отрицательной. Ультралинейная схема выходного каскада отличается небольшими нелинейными искажениями и низким выходным сопротивлением. Свойства каскада в большой степени зависят от соотношения витков в обмотках Iа и Iб.

рис. 39, 4

У многих из вас мог возникнуть вопрос: зачем на схеме (рис. 39, 6) нужно регулировочное сопротивление R'_o.с, для чего с его помощью мы ослабляем действие обратной связи, которая дает так много преимуществ? На этот очень простой вопрос придется дать весьма подробный ответ.

Выигрыш, который приносит нам отрицательная обратная связь, не достается даром. За него приходится платить дополнительным усилением, а это не всегда возможно и не всегда выгодно. Стоит ли, например, вводить очень глубокую обратную связь в усилитель, который по заданным условиям должен быть простым и дешевым и от которого в то же время не требуется очень высоких качественных показателей? Здесь, по-видимому, глубину обратной связи целесообразно увеличивать до тех пор, пока это не потребует дополнительных затрат, в частности дополнительного каскада усиления.

Но даже в тех случаях, когда мы не ограничены средствами и когда главная наша задача — улучшить качественные показатели усилителя, мы не можем до бесконечности усиливать отрицательную обратную связь. Одно из главных ограничений связано с тем, что на некоторых частотах отрицательная обратная связь может превратиться в положительную, которая, как известно, все делает наоборот — не улучшает, а ухудшает качественные показатели усилителя. Более того, при определенных условиях положительная обратная связь может превратить усилитель в генератор (самовозбуждение усилителя), и он сам по себе, не получая никакого входного сигнала, будет генерировать переменное напряжение — попросту говоря, будет выть и свистеть. Превращение отрицательной обратной связи в положительную может произойти тогда, когда какие-то элементы создадут дополнительный сдвиг фаз на 180°. Такими элементами могут оказаться RС-цепочки, которые в усилителе встречаются буквально на каждом шагу.

Попробуем детально изучить поведение RС-цепочки, по которой проходит переменный ток (рис. 41, рис. 42).

Рис. 41. Между напряжением и током в реактивных элементах — конденсаторах (С) и катушках (L) — существует сдвиг фаз, который принято отображать с помощью векторной диаграммы.

Прежде всего отметим, что в любой цепи переменное напряжение U_R на активном сопротивлении R совпадает по фазе с током I_R (рис. 42, 1, б).

рис. 42, 1

Это может показаться никому не нужным заявлением, чем-нибудь вроде «Волга впадает в Каспийское море»… Действительно, для любого момента времени, для любых мгновенных значений должен выполняться закон Ома, а значит, ток I и напряжение U одновременно растут, уменьшаются, меняют направление. Но так бывает не всегда. Ток I_с в цепи конденсатора С (рис. 42, 2, а) связан с процессом заряда и разряда, то есть связан с изменением напряжения U_c. Чем резче нарастает (рис. 42, 2, б) или падает (рис. 42, 2, в) напряжение, тем больше ток; а в тот момент, когда напряжение на конденсаторе не меняется (рис. 42, 2, г), ток равен нулю. Исходя из этих соображений, можем построить график тока I_с (рис. 42, 2, д). Он будет наибольшим в момент наиболее быстрого изменения U_c (моменты 0, 2, 4 и т. д.) и будет равен нулю в тот момент, когда U_c достигло амплитуды и на какое-то неуловимое мгновение остается неизменным (моменты 1, 3, 5 и т. д.). Как видите, положительная амплитуда I_с (момент 0) наступает на четверть периода раньше, чем положительная амплитуда U_c (момент 1). Иными словами, ток через конденсатор опережает напряжение на конденсаторе на четверть периода, иначе — на 90°.