Sprzężenie zwrotne w wzmacniaczach
W układach elektronicznych sprzężenie zwrotne polega na przekazywaniu części sygnału wyjściowego, zwanego sygnałem zwrotnym, z wyjścia na wejście układu, gdzie sumuje się on z sygnałem wejściowym, zmieniając właściwość układu. Każdy wzmacniacz z obwodem sprzężenia zwrotnego może być przedstawiony w postaci dwóch wzajemnie niezależnych czwórników, które reprezentują tor wzmocnienia (jednokierunkową transmisję sygnału z wejścia na wyjście) i tor sprzężenia zwrotnego (jednokierunkową transmisję sygnału z wyjścia na wejście)
Schemat wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym.
Współczynnik sprzężenia zwrotnego
Wzmocnienie wzmacniacza bez sprzężenia
gdzie:Xr - sygnał sterujący
Xs - sygnał sprzężenia zwrotnego
Założenie: Xr, Xs są wielkościami rzeczywistymi.
Sygnały X przedstawione w powyższych wzorach mogą być napięciami, prądami lub innymi wielkościami fizycznymi.
Ponieważ:
zatem:
Wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym
wyglądałoby tak:
Sprzężenie zwrotne zmienia wartość wzmocnienia, przy czym zależnie od rodzaju wprowadzonej zmiany rozróżnia się trzy przypadki:
Jeżeli |1 - KΒ| > 1, to |Kf| < |K|, czyli następuje zmniejszenie wzmocnienia. Sprzężenie określa się jako ujemne
Jeżeli 0 < |1- KΒ| < 1, to |Kf| > |K|, czyli następuje zwiększenie wzmocnienia. Sprzężenie określa się jako dodatnie.
Jeżeli |1- KΒ| ≈ 0, to wzmacniacz będzie generował drgania, czyli stanie się generatorem ze sprzężeniem zwrotnym.
Jeżeli wzmocnienie K jest bardzo duże to
i o parametrach układu decyduje człon sprzężenia zwrotnego.
We wzmacniaczach stosuje się głównie ujemne sprzężenie zwrotne. Sygnał sprzężenia zwrotnego Xs ma fazę przeciwną niż sygnał wejściowy Xwe. Sygnał sterujący wzmacniacz Xr = Xwe - Xs jest mniejszy od sygnału wejściowego Xwe.
Zalety ujemnego sprzężenia zwrotnego:
zmniejszenie wrażliwości układu na zmiany parametrów elementów, warunków zasilania, czynników zewnętrznych itp.,
zmniejszenie zniekształceń nieliniowych, zakłóceń, szumów,
możliwość rozszerzania pasma przenoszenia wzmacniacza i kształtowania zadanych charakterystyk częstotliwościowych,
możliwość zmiany wartości impedancji wejściowej i wyjściowej.
Zalety te są okupione zmniejszeniem wzmocnienia i stabilności układu w pewnych zakresach częstotliwości.
Rodzaj i właściwości sprzężenia zwrotnego zależą od sposobu pobierania sygnału z wyjścia układu oraz od sposobu wprowadzania go na wejście. W zależności od pobieranego sygnału wyróżnia się:
Sprzężenie napięciowe, w którym sygnał sprzężenia (zwrotny) jest proporcjonalny do napięcia wyjściowego.
Sprzężenie prądowe, w którym sygnał sprzężenia jest proporcjonalny do prądu wyjściowego.
Ze względu na sposób wprowadzenia sygnału na wejście wzmacniacza rozróżnia się:
Sprzężenie szeregowe. Sygnał sprzężenia jest wprowadzany szeregowo z sygnałem wejściowym.
Sprzężenie równoległe. Sygnał sprzężenia jest wprowadzany równolegle z sygnałem wejściowym.
W układach ze wzmacniaczem operacyjnym objętym ujemnym sprzężeniem zwrotnym właściwości wzmacniacza i ujemnego sprzężenia powodują wyrównanie napięć na obu wejściach wzmacniacza. Na podstawie tej właściwości wyznacza się zwykle wzmocnienie całego układu.