Рудольф Сворень - Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы

Рис. 38. Возвращая некоторую часть выходной мощности усилителя во входную цепь, мы вводим обратную связь. Если сигнал обратной связи содействует входному сигналу, обратная связь положительна, а если противодействует — отрицательна.

рис. 39, 1

На рис. 39, 1, а показан один из способов введения обратной связи. Со специальной обмотки III выходного трансформатора Трв напряжение обратной связи Uo.с подается в цепь управляющей сетки. Туда же, как обычно, подается напряжение Uвх — сигнал, поступающий на вход усилителя с предыдущего каскада. Теперь напряжение Uс, действующее на сетке Л1 складывается из двух напряжений — Uвх и Uo.с. Результат этого сложения прежде всего зависит от фазовых соотношений Uвх и Uo.с.

Если оба напряжения совпадают по фазе, то они действуют согласованно и Uc больше Uo.с (рис. 39, 1, б, в). Такую обратную связь называют положительной. Она фактически повышает усиление каскада, так как «бесплатно» увеличивает входное, а значит, и выходное напряжение.

Если напряжения Uвх и Uo.с действуют в противофазе, то результирующее Uc оказывается меньше Uвх (рис. 39, 1, г, д), а это фактически означает, что усиление каскада уменьшается. Такая обратная связь называется отрицательной.

В обоих случаях для оценки влияния обратной связи вводят коэффициент β (рис. 40), который показывает, какая часть выходного напряжения подается обратно в цепь управляющей сетки (β = Uo.с/Uвых). Чем больше β, тем сильнее, глубже обратная связь, тем в большей степени она повышает (положительная) или понижает (отрицательная) усиление каскада.

Часто вместо коэффициента β указывают другую величину. Она называется «глубина обратной связи» и численно равна 1 + Uo.с/Uc. Чем больше Uo.с по сравнению с Uвх, тем меньше оказывается их разность Uc (отрицательная обратная связь), тем, следовательно, глубже обратная связь. Глубину обратной связи обычно выражают в децибелах. Если сказано, что глубина обратной связи составляет 20 дб, это значит, что Uo.с в девять раз больше Uc, то есть Uвх, поступающее с предыдущего каскада, почти на 90 % скомпенсировано отрицательной обратной связью.

В нашей схеме глубина обратной связи зависит от числа витков обмотки III: чем больше витков в этой обмотке, тем сильнее обратная связь.

В схеме рис. 39, 1, а довольно просто изменить характер обратной связи — положительную превратить в отрицательную, и наоборот. Для этого достаточно поменять местами выводы А и Б обмотки III. Если при заземлении вывода А получается положительная обратная связь, то при заземлении вывода Б она будет отрицательной. Объясняется это очень просто. Напряжение на обмотке III непрерывно меняется. Во время одного полупериода на выводе А действует «плюс», а на выводе Б — «минус». Во время следующего полупериода полярность меняется: на выводе А появляется «минус», на выводе Б — «плюс». В зависимости от того, какой из выводов заземлен, мы подаем на сетку «плюс» либо во время четных полупериодов, либо во время нечетных (это, разумеется, условное разделение). Таким образом, Uo.с оказывается в фазе с напряжением Uвх либо действует против него. Иными словами, меняя местами выводы А и Б, мы сдвигаем фазу напряжения Uo.с на 180° (рис. 39, 1, б, в, г, д).

На первый взгляд может показаться, что в усилителях имеет смысл применять только положительную обратную связь. По крайней мере она дает выигрыш в усилении, в то время как при введении отрицательной обратной связи мы только проигрываем (рис. 39, 1, в). Однако более глубокий анализ показывает, что, проигрывая в усилении (как вы сейчас увидите, этот проигрыш легко вернуть), мы можем получить сразу несколько важных и крупных выигрышей.

Прежде всего с помощью отрицательной обратной связи можно сделать то, чего никаким иным путем добиться невозможно, — снизить нелинейные искажения, возникающие в лампе и выходном трансформаторе (рис. 40).

Рис. 40. Отрицательная обратная связь позволяет ослабить фон, уменьшить выходное сопротивление, повысить стабильность, улучшить частотную характеристику и, что особенно важно, понизить нелинейные искажения. Главные недостатки отрицательной обратной связи — пониженное усиление и необходимость большого входного сигнала — обычно отступают перед ее многочисленными достоинствами.

В результате нелинейных искажений в спектре выходного сигнала появляются составляющие, в частности гармоники, которых во входном сигнале не было. По цепи обратной связи эти посторонние составляющие попадают на сетку лампы и оттуда наравне с входным сигналом управляют анодным током. Теперь в анодном токе будет две группы посторонних вредных гармоник: первая из них возникает в самой лампе в результате нелинейных искажений, вторую мы создаем искусственно, управляя анодным током с помощью напряжения Uo.с. Из самого определения отрицательной связи следует, что обе группы составляющих противофазны, то есть посторонние гармоники анодного тока, пробравшись по цепи обратной связи на командный пункт лампы — на управляющую сетку, используют ее усилительные свойства и сами же себя ослабляют. Правда, одновременно уменьшается и напряжение основного сигнала — обратная связь не разбирает, где «свои», где «чужие», и одновременно ослабляет все составляющие выходного напряжения. Однако ослабление основного сигнала — дело поправимое: нужно просто повысить напряжение, поступающее от предыдущего каскада. Если нет необходимого запаса усиления, стоит даже добавить еще один каскад — усилитель напряжения. Выигрыш, который дает применение отрицательной обратной связи, обычно стоит такой жертвы. Она позволяет уменьшить коэффициент нелинейных искажений в несколько раз. Но не только это дает нам отрицательная обратная связь.

До сих пор мы считали, что обратная связь имеет одинаковую глубину на всех частотах. Однако совсем необязательно всегда выполнять это условие. Включив в цепь отрицательной обратной связи уже знакомые нам фильтры, можно завалить или поднять частотную характеристику на том или ином участке. Это хорошо видно на примере включения в цепь обратной связи простейших регуляторов тембра (рис. 39, 5, а). Цепочки RнCн и RвCв — это уже знакомые нам регуляторы тембра; первый из них в большей или меньшей степени ослабляет низшие частоты, второй — высшие (рис. 35, 4). Точно так же действуют эти цепи и в схеме рис. 39, 5, а. Однако результат здесь получается совсем иным.

Что значит ослабить отрицательную обратную связь на той или иной частоте? Это значит ослабить на этой частоте мешающее действие напряжения Uo.с и таким образом повысить усиление. Иными словами, усиление обратной связи приводит к завалу (рис. 39, 5, б) частотной характеристики, а ослабление — к подъему (рис. 39, 5, в).

рис. 39, 5

В цепь обратной связи включают не только регуляторы тембра, но и корректирующие RС-цепочки из постоянных сопротивлений и конденсаторов. Мы начали разговор о достоинствах отрицательной обратной связи, отметив, что с ее помощью можно понизить внутреннее сопротивление лампы и тем самым улучшить демпфирование громкоговорителя. Прежде чем говорить о том, как это делается, придется отметить, что существуют две разновидности отрицательной обратной связи: связь по напряжению и связь по току, или, иначе, параллельная и последовательная обратная связь.

Рассмотрим две наиболее распространенные схемы подачи обратной связи. В первой из них (рис. 39, 2, а) напряжение Uo.с возникает на катодном сопротивлении Rк.

рис. 39, 2

Это обычное сопротивление автоматического смещения, не заблокированное конденсатором (рис. 30, 23). Проходя по Rк, анодный ток создает на нем напряжение Uк, которое действует между катодом и корпусом, а значит, между катодом и сеткой. По мере увеличения Uвх растет Iа, а вместе с ним растет и Uк. Что же касается фазы этого напряжения, то здесь все зависит от «точки зрения». Если мы измеряем напряжение Uк относительно земли (шасси), то Uвх и Uк (Uo.с) действуют синфазно. Если же измерять Uк относительно катода, то оно противофазно Uвх. Все это настолько очевидно, что, по-видимому, не требует объяснений. Напряжение всегда действует между двумя точками, и если в точке а мы отмечаем «плюс» относительно б, то это одновременно означает, что в точке б будет «минус» относительно а. Подобно этому, человек, живущий на первом этаже, считает, что весь дом находится над ним, а жильцу с последнего этажа кажется, что дом находится под ним.