Az erősítő alapkapcsolások, de a láncbakapcsolt erősítők nem minden esetben teljesítik azokat az elvárásokat, melyeket velük szemben támasztanánk. Ilyen elvárások lehetnek a következők: nagy bemeneti ellenállás; kis kimeneti ellenállás; megfelelő linearitás; kellően nagy sávszélesség; kis zaj. Az erősítők fontosabb tulajdonságai kedvezően befolyásolhatók a megfelelően felépített visszacsatolással. A visszacsatolás során az erősítő kimeneti jelének egy részét visszavezetjük a bemenetére, egy visszacsatoló négypólus segítségével. A bemeneti jel és a visszacsatolt jel fázishelyzetének függvényében megkülönböztetünk: Negatív visszacsatolást: a visszacsatolt jel fázisa ellentétes a bemeneti jel fázisával, a két jel egymás ellen hat. A negatív visszacsatolást erősítők paramétereinek javítására alkalmazzuk. Pozitív visszacsatolást: a kimeneti jelnek a bemenetre visszavezetett része fázisban van a bemeneti jellel, a két jel összeadódik. A pozitív visszacsatolást oszcillátor-áramkörökben alkalmazunk. (pl.: Mike Gábor oszcillátorok: http://wp.mikeelektronika.hu/oszcillatorok) 1. ábra A visszacsatolt erősítők elvi rajza Az 1. ábrán látható elvi rajz alapján a kövezkező összefüggések adódnak: a visszacsatolás nélküli erősítő feszültségerősítése; v : a visszacsatolt erősítő feszültségerősítése; ß u v : a visszacsatolási tényező, mely javarészt egyszerű passzív hálózat, így: ß 1 ; H ß u v a hurokerősítés, értéke: H <1. ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 1/9
Mindennek tükrében határozzuk meg a feszültségerősítést, valamint a kimeneti feszültséget: Írjuk fel a visszacsatolás nélküli erősítő bemenetre vonatkozó hurokegyenletet! +u v Ebből következik, hogy: A hurokerősítés (H ß) ismeretében határozzuk meg u v értékét! u v ß H Mindezekből felírható a teljes erősítő feszültségerősítése: v ß () 1 1 Összefoglalva: A feszültségerősítés A hurokerősítés A kimeneti feszültség v H ß v Azért, hogy kiderüljön, az áramkörünk pozitív, vagy negatív visszacsatolást tartalmaz, a visszacsatolási tényező (ß) előjelét kell megvizsgálnunk. Két variáció valósulhat meg H ß u v összefüggésre: (1) Ha az visszacsatolás nélküli erősítő bemeneti jele ( ) és a a visszacsatolt jel (u v ) azonos fázisúak, akkor a hurokerősítés pozitív előjelű, így pozitív visszacsatolásról beszélhetünk: H ß u v (+) (+) pozitív visszacsatolás ; (+) (2) Ha az visszacsatolás nélküli erősítő bemeneti jele ( ) és a a visszacsatolt jel (u v ) ellenkező fázisúak, akkor a hurokerősítés negatív előjelű, így negatív visszacsatolásról beszélhetünk: H ß u v (-) (-) negatív visszacsatolás. (+) 1. feladat: Egy visszacsatolás nélküli erősítőfokozat erősítése 100. a) Pozitív visszacsatolású fokozat esetén a visszacsatolási tényező ß8 10 3 ; b) Negatív visszacsatolású fokozat esetén a visszacsatolási tényező ß 6 10 3 Számítsa ki mindkét esetben hurokerősítést és a visszacsatolt erősítő feszültségerősítését! ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 2/9
a) H ß100 8 10 3 0,8 > az előjele pozitív A visszacsatolt erősítő feszültségerősítése: v 1 ß 100 100 3 1 100 8 10 1 0,8 100 500 > pozitív visszacsatolás 0,2 b) H ß100 ( 8 10 3 ) 0,6 > az előjele negatív A visszacsatolt erősítő feszültségerősítése: v 1 ß 100 1 100 ( 6 10 3 ) 100 1 ( 0,6) 100 1+0,6 100 62,5 > negatív visszacsat. 1,6 Vegyük észre, hogy a negatív visszacsatolás a feszültségerősítés értékét ti, a pozitív visszacsatolás pedig növeli. Figyeljük meg, ha a hurokerősítés közelít az 1-hez, akkor a visszacsatolt erősítő erősítése tart a végtelenhez. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy az erősítőáramkör begerjedhet, így már vezérlőjel nélkül is lesz kimeneti jel. Ezt az elvet használjuk fel az oszcillátorokban. 2. feladat: Egy visszacsatolt erősítőfokozat erősítése v 50. Számítsa ki a visszacsatolási tényezőt, ha a visszacsatolatlan erősítőfokozat erősítése 75! Majd igazolja, hogy negatív, vagy pozitív visszacsatolású-e az erősítő! v > v > H v 1 > így: H1 v 1 75 50 1 1,5 0,5 Amennyiben a hurokerősítés negatív, akkor a visszacsatolás negatív visszacsatolás. A visszacsatolási tényező: H ß > ß H v 0,5 50 0,5 50 1 100 0,01 A visszacsatolás hatása az erősítőparaméterekre Az erősítőkben alkalmazott negatív visszacsatolások típusait kétféleképpen osztályozhatjuk: 1. Aszerint, hogy a visszacsatolt jel mely kimeneti jellemzővel arányos, lehet: a) feszültség-visszacsatolás: a visszacsatolt jel a kimeneti feszültséggel arányos; b) áram-visszacsatolás: a visszacsatolt jel a kimeneti árammal arányos. 2. Aszerint, hogy a visszacsatolt jel hogyan csatlakozik a bemeneti jelhez, lehet: a) soros visszacsatolás: a visszacsatolt jel sorosan kapcsolódik a bemeneti jelhez; b) párhuzamos visszacsatolás: a visszacsatolt jel párhuzamosan kapcsolódik a bemeneti jelhez; A két-két esetnek négy variációja jeletséges: I. soros áram-visszacsatolás (az egyik leggyakoribb); II. soros feszültség-visszacsatolás; III. párhuzamos áram-visszacsatolás; IV. párhuzamos feszültség-visszacsatolás (a másik leggyakoribb). ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 3/9
VISSZACSATOLÁSOK 1. A visszacsatolt jel hogyan csatlakozik a bemeneti jelhez? 2. A visszacsatolt jel mely kimeneti jellemzővel arányos? Párhuzamosan: a) Párhuzamosvisszacsatolás Sorosan: b) Sorosanvisszacsatolás Az árammal: a) Áramvisszacsatolás A feszültséggel: b) Feszültségvisszacsatolás 1. b) 2. a) 1. a) 2. b) 2. ábra A visszacsatolások típusai Az egyes visszacsatolás-típusok áttekintése során képet kaphatunk az egyes erősítőparaméterek változásáról, emellett kitérünk a két legfontosabb visszacsatolás-típus (soros áram-visszacsatolás, párhuzamos feszültség-visszacsatolás) gyakorlati megvalósítására. ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 4/9
A negatív soros áram-visszacsatolás A főerősítő erősítésparamétere az átviteli admittancia: A S A visszacsatoló hálózat erősítésparamétere az átviteli impedancia: B R u v 1. ábra A soros áramvisszacsatolás elvi rajza H A S B R Mi nem változik? Minden paraméter, aminek a bemeneti jele áram. Tehát: az áramerősítés: v és az átviteli vezetés: A Rv A R Mi változik? Hogyan változik? A feszültségerősítés: v A S B R (1 + A S B R ) 1 A S B R Az átviteli admittancia: A Sv A S B R (1 +A S B R ) 1 A S B R A bemeneti impedancia: r bev u v u u +A B 1 1 S R u (1 A B ) 1 S R r (1 A S B R )r be ( ) be A S A S nő A kimeneti impedancia: r kiv ü u A r 1 S ki u A r 1 S ki r A Sv A r ki ( ) nő S ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 5/9
2. ábra Példa a soros áramvisszacsatolás áramköri alkalmazására közös emitteres alapkapcsolás (az emitterellenállás hidegítése nélkül) 3. ábra Az emitterellenállás hidegítése nélküli közös emitterű kapcsolás hibrid paraméteres váltakozóáramú helyettesítő képe A képen látható emitterellenállás lényegében a visszacsatoló négypólust realizálja. Az emitterellenálláson a kollektorárammal arányos feszültségesés jön létre, mely a visszacsatoló feszültség növekedése esetén az bemeneti feszültség, a vonatkozó hurokegyenlet ( ) értelmében, így az erősítés. A visszacsatolási tényező ekképpen számítható: ß u v i R ki E R E R t R C R t R C Fontos tisztában lennünk a következőkkel: A visszacsatolt erősítő bemeneti ellenállása nem egyenlő a teljes fokozat bemeneti ellenállásával, hiszen a bemenettel párhuzamosan kapcsolódnak az R 1 és R 2 munkapontbeállító ellenállások: r bev teljes R 1 R 2 r bev Hasonlóképpen látszik az is, hogy a visszacsatolt erősítő kimeneti ellenállása sem egyenlő a teljes fokozat kimeneti ellenállásával, hiszen a kimenettel pedig az R C munkaellenállás kapcsolódik párhuzamosan (3. ábra): r ki teljes R C r kiv ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 6/9
A negatív soros feszültség-visszacsatolás A főerősítő erősítésparamétere az áramerősítés: A visszacsatoló hálózat erősítésparamétere az áramerősítés: B u u v 1. ábra A soros áramvisszacsatolás elvi rajza H B u Mi nem változik? Minden paraméter, aminek a bemeneti jele áram. Tehát: az áramerősítés: v és az átviteli impedancia: A Rv A R Mi változik? Hogyan változik? Az feszültségerősítés: v B u (1 + B u ) 1 B u Az átviteli admittancia: A Sv B u (1 + B u ) 1 B u A bemeneti impedancia: r bev u v u u +A B 1 1 u u u (1 A B ) 1 u u r (1 B u )r be () be A S A S nő A kimeneti impedancia: r kiv ü u A 1 uüv r A r ki ü ki uüv r A ki uü r ü ü ü ü ( ) r ki r ki ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 7/9
A negatív párhuzamos áram-visszacsatolás A főerősítő erősítésparamétere az áramerősítés: A visszacsatoló hálózat erősítésparamétere az áramerősítés: B i i v 1. ábra A soros áramvisszacsatolás elvi rajza H B i Mi nem változik? Minden paraméter, aminek a bemeneti jele feszültség. Tehát: a feszültségerősítés: v és az átviteli vezetés: A Sv A S Mi változik? Hogyan változik? Az áramerősítés: v B i (1 + B i ) 1 B i Az átviteli impedancia: A Rv B i (1 + B i ) 1 B i A bemeneti impedancia: r bev B i (1 + B i ) r be 1 B i r be A kimeneti impedancia: r kiv ü u A r 1 u A r 1 r v A r ki () nő i ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 8/9
A negatív párhuzamos feszültség-visszacsatolás A főerősítő erősítésparamétere az átviteli impedancia: A R A visszacsatoló hálózat erősítésparamétere az átviteli admittancia: B S i v 1. ábra A soros áramvisszacsatolás elvi rajza H A R B S Mi nem változik? Minden paraméter, aminek a bemeneti jele feszültség. Tehát: a feszültségerősítés: v és az átviteli vezetés: A Sv A S Mi változik? Hogyan változik? Az áramerősítés: v A R B S (1 +A R B S ) 1 A R B S Az átviteli impedancia: A Rv A R B S (1 + A R B S ) A R 1 A R B S A R A bemeneti impedancia: r bev A R B S (1 + A R B S ) r be 1 A R B S r be A kimeneti impedancia: r kiv ü i A 1 Rv r A r ki A R ki Rv r A ki R r A R A R A R A R ( ) r ki r ki ELEKTRONIKA Készítette: Mike Gábor 9/9