Zpětná vazba u zesilovačů

Nakreslíme-li do komplexní roviny tedy kružnici se středem v bodě (1,j0) a o poloměru r = 1, je pro všechny body Nyquistova diagramu, které leží vně zmíněné kružnice zpětná vazba záporná a jsou splněny podmínky pro stabilitu zesilovače a pro všechny body uvnitř této kružnice je zpětná vazba kladná a jsou předpoklady pro vznik oscilací. Pro body Nyquistova diagramu, které leží na kružnici (protínají kružnici) je zpětná vazba nulová, tzn. N = 1 a . Obvykle se připouští, aby v okrajových oblastech mimo frekvenční pásmo přenášených signálů se zmenšil modul vratného rozdílu na hodnotu N = 0,5. Menší hodnoty nejsou pro žádnou frekvenci přípustné, protože by byla ohrožena stabilita zesilovače.

V praxi se musí počítat s určitou zálohou stability pro případ, že by se během provozu zesilovače měnil jeho zisk. Proto nemá Nyquistova charakteristika zasahovat do vyšrafované plochy, vymezené úhly αB = 10° a poloměrem r= 0,7

Čím větší je počet stupňů n, tím větší změny mohou v zesílení nastat. Proto se u vícestupňových zesilovačů požadují pro bezpečnostní úhel αB a poloměr r podmínky : αB ≥ n.10°, r = 0,7n.

Jednotkové kružnici, která je geometrickým místem konců vektorů odpovídá v logaritmických souřadnicích osa 0 dB. Zesilovač je stabilní, protíná-li charakteristika otevřené smyčky osu 0 dB při fázovém úhlu menším než 180°.

Vliv zpětných vazeb na přenosové vlastnosti zesilovače

1) Vliv na napěťové zesílení:

Napěťové zesílení je dáno vztahem . Pro N > 1 je < , při 0 < N < 1 je > . Záporná zpětná vazba tudíž napěťové zesílení zmenšuje, kladná zpětná vazba napěťové zesílení zvětšuje.

2) Vliv na výstupní rušivá napět:

Předpokládejme, že na výstupu se objeví napětí U2 = AU1 + Ur + Uh, kde Ur je rušivé napětí na výstupu zesilovače způsobené nedostatečnou filtrací, Uh je rušivé napětí na výstupu způsobené vlivem vyšších harmonických signálů ( nelineárním zkreslením budícího signálu).

Napětí na vstupu je dáno součtem vnějšího budícího signálu Us a zpětnovazebního signálu Uβ = βU2. Dosazením do výrazu pro výstupní napětí

První člen rovnice představuje zesílení zesilovače se zpětnou vazbou pro užitečný signál. Druhý a třetí člen představuje příspěvek od rušivých signálů. Obě složky jsou zmenšeny vratným podílem N = 1 - βA.

Záporná zpětná vazba potlačuje rušivé složky signálu, které mají původ uvnitř zesilovače, kladná zpětná vazba je zdůrazňuje.

3) Vliv zpětné vazby na frekvenční pásmo zesilovače:

Frekvenční charakteristika zesilovače bez zpětné vazby a se zápornou zpětnou vazbou je znázorněna na obr.

a … zesilovač bez zpětné vazby, a′ … zesilovač se zpětnou vazbou

Z grafu je zřejmé, že po zavedení záporné zpětné vazby, která zmenší zesílení zesilovače se dolní mezní kmitočet zmenší a horní mezní kmitočet vzroste. Při kladné zpětné vazbě je vliv opačný. Matematicky je vliv záporné zpětné vazby vyjádřen