2.5 Επίδραση της ανατροφοδότησης στην απόκριση συχνότητας.
Διαπιστώσαμε μέχρι τώρα ότι η αρνητική ανατροφοδότηση σε έναν ενισχυτή μεταβάλλει την απολαβή (τάσης και ρεύματος), καθώς και τις αντιστάσεις εισόδου και εξόδου. Εκτος αυτών, αποδεικνύεται οτι η αρνητική ανατροφοδότηση μεταβάλλει και την απόκριση συχνότητας του ενισχυτή.
Η μελέτη που γίνεται στη συνέχεια αναφέρεται γενικά στην απόκριση κατά συχνότητα χωρίς διάκριση. Δηλαδή, όταν πρόκειται για ενισχυτές με ανατροφοδότηση ρεύματος, αναφερόμαστε στην απόκριση ρεύματος.
Όταν πρόκειται για ενισχυτές με ανατροφοδότηση τάσης, αναφερόμαστε στην απόκριση τάσης.
Για να βρούμε πως μεταβάλλεται η απόκριση κατά συχνότητα ενός ενισχυτή λόγω της αρνητικής ανατροφοδότησης, θεωρούμε τις δυο βασικές συχνότητες που χαρακτηρίζουν το κύκλωμα του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση. Οι δυο αυτές βασικές συχνότητες είναι αντίστοιχα η κατώτερη συχνότητα αποκοπής f1 και ανώτερη συχνότητα αποκοπής f2. Οι συχνότητες αυτές καθορίζονται από την καμπύλη απόκρισης του ενισχυτή και αντιστοιχούν σε απολαβή 3 dB μικρότερη από τη μέγιστη απολαβή (ή στο 0.707 της μέγιστης απολαβής), όπως φαίνεται στο Σχ.2.8.
Αποδεικνύεται ότι αυτές οι συχνότητες αποκοπής, με ανατροφοδότηση και χωρίς ανατροφοδότηση, συνδέονται μεταξύ τους με τις σχέσεις:
Για απλούστευση στο συμβολισμό, έχουμε παραλείψει τους δείκτες i και ν στις παραμέτρους β και Α, όπου εξυπακούεται ότι θέτονται οι δείκτες αυτοί ανάλογα με το αναναφερόμαστε σε ανατροφοδότηση ρεύματος ή τάσης.
Από τις Εξ.(2.5.1) και (2.5.2) συμπεραίνουμε ότι: Η αρνητική ανασύξευξη επιφέρει μείωση της κατώτερης συχνότητας αποκοπής f1 ενώ επιφέρει αύξηση της ανώτερης συχνότητας αποκοπής f2, δηλαδή:
υπό τον όρο ότι |A |> >1
Ως εύρος ζώνης διελευσης, BW, ενός ενισχυτή ορίζεται η διαφορά των συχνοτήτων f1 και f2 (που αντιστοιχεί σε απολαβή 3 dB κάτω της μέγιστης απολαβής). Δηλαδή,
επειδή, f2 >> f1
Όταν ο ενισχυτής έχει ανατροφοδότηση, το εύρος διέλευσης δίνεται από παρόμοια σχέση,
δηλαδή:
επειδή, f2f >> f1f
Από τις Εξ. (2.5.3) και (2.5.1), προκυπτει:
Η εξίσωση αυτή συνδέει το εύρος της ζώνης διέλευσης συχνοτήτων ενός ενισχυτή που λειτουργεί με ανατροφοδότηση, με το εύρος της ζώνης διέλευσης συχνοτήτων του ίδιου ενισχυτή όταν λειτουργεί χωρίς ανατροφοδότηση. Από την εξίσωση αυτή παρατηρουμε ότι, όταν ο ενισχυτής εργάζεται με αρνητική ανατροφοδότηση το εύρος της ζώνης διέλευσης συχνοτήτων αυξάνεται κατά τον παράγοντα (1 + β*Α). Άρα, όταν |β*Α |> >1, η
αύξηση αυτή θα είναι σημαντική.
Παρατηρούμε ότι το εύρος διέλευσης συχνοτήτων, BWf , με ανατροφοδότηση αυξήθηκε κατά 10 φορές, συγκριτικά με το εύρος BW χωρίς ανατροφοδότηση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι κατά τον ίδιο παράγοντα (δηλ. 10) ελαττώθηκε η απολαβή του ενισχυτή με ανατροφοδότηση, συγκριτικά με την απολαβή χωρίς ανατροφοδότηση. Η πιο πάνω ανάλυση φαίνεται στο Σχ.2.8.
2.6 Ενισχυτής με ανατροφοδότηση σειράς
Το Σχ.2.9 απεικονίζει το δομικό διάγραμμα ενός ενισχυτή με ανατροφοδότηση σειράς. Ο ενισχυτής με ανατροφοδότηση σειράς μεταβάλλει την ενεργό διαγωγιμότητα του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση, σύμφωνα με την εξίσωση:
όπου: Gmf και Gm είναι αντίστοιχα οι διαγωγιμότητες με ανατροφοδότηση σειράς και χωρίς ανατροφοδότηση. Υπενθυμίζουμε ότι η διαγωγιμότητα είναι το αντίστροφο της αντίστασης και μετράται σε S (Ζίμενς) ή σε mS (ή mho ή mmho).
O συντελεστής ανατροφοδότησης ορίζεται από τη σχέση:
Ενισχυτής ανατροφοδότησης
Όπου τα Vf και Ιo συμβολίζουν αντίστοιχα την τάση ανατροφοδότησης σειράς και το ρεύμα εξόδου. Το βm έχει διαστάσεις αντίστασης και μετρείται σε Ω.
Γενικά, στον ενισχυτή ανατροφοδότησης σειράς, το ρεύμα εξόδου συναθροίζεται και αφήνεται να επιστρέψει στην είσοδο του ενισχυτή αφού μετατραπεί σε τάση με τη βοήθεια της αντίστασης ανατροφοδότησης R. Για το λόγο αυτό, η συνδεσμολογία αυτή λέγεται και ενισχυτής ανατροφοδότησης τάσης - σειράς.
Στο Σχ.2.10 φαίνεται το ισοδύναμο κύκλωμα του Σχ.2.9.
Με την ολοκλήρωση της μελέτης για τους περισσότερους τύπους ανατροφοδότησης ενός ενισχυτή, παραθέτουμε το συνοπτικό Πίνακα Π2.1. O πίνακας αυτός μας βοηθάει για τη σύγκριση μεταξύ των διαφόρων παραμέτρων για ανατροφοδότηση διαφόρων τύπων.
2.7 Ενισχυτής ανατροφοδότησης παράλληλης διακλάδωσης
Το Σχ.2.11 απεικονίζει το δομικό διάγραμμα ενισχυτή με ανατροφοδότηση παράλληλης διακλάδωσης.
Η τάση εξόδου του συναθροίζεται με το κύκλωμα ανατροφοδότησης και επιστρέφει στην είσοδο υπό μορφή ρεύματος.
Ενισχυτής ανατροφοδότησης
RL Ι
Μπορούμε να σχεδιάσουμε τον ενισχυτή αυτόν με ανατροφοδότηση παράλληλης διακλάδωσης, με τη μορφή ενός ενισχυτή διαντίστασης, όπως φαίνεται στο Σχ.2.12.
O όρος διαντίσταση εκφράζει το λόγο της τάσης εξόδου V0 προς το ρεύμα εισόδου Ι;
υποδηλώνει και την εσωτερική αντίσταση μέσω του ενισχυτή. Η διαντίσταση είναι ίση με το αντίστροφο της διαγωγιμότητας και μετρείται σε Ω.
Στην περίπτωση που ο ενισχυτής εργάζεται με ανατροφοδότηση παράλληλης διακλάδωσης, η διαντίσταση του Rmf, δίνεται από την πιο κάτω σχέση:
όπου Rm είναι η διαντίσταση του ενισχυτή χωρίς ανατροφοδότηση.
O συντελεστής ανατροφοδότησης παράλληλης διακλάδωσης βr ορίζεται από τη σχέση:
O συντελεστής αυτός μετρείται σε S < mS.
2.8 Βελτίωση της παραμόρφωσης
Η αρνητική ανατροφοδότηση στους ενισχυτές έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση της παραμόρφωσης λόγω μη γραμμικότητας. Συγκεκριμένα, η ανατροφοδότηση συμβάλλει στη μείωση του πλάτους των παραμορφωτικών συνιστωσών του παραγομένου σήματος.
Αν συμβολίσουμε με Df και D τα σχετικά πλάτη των παραμορφωτι¬κών σημάτων με ανατροφοδότηση και χωρίς ανατροφοδότηση, τότε η σχέση που τα συνδέει είναι η εξής:
όπου τα β και Λ αναφέρονται σε ανατροφοδότηση τάσης. Επειδή 1 + βΛ > 1, έπεται ότι Df < D.
Αρα, με την ανατροφοδότηση υποβιβάζονται όλες οι συνιστώσες παραμόρφωσης.
Γενικά, σε κάθε ενισχυτή με ανατροφοδότηση, επειδή μέρος του σήματος εξόδου επιστρέφει στην είσοδο του ενισχυτή, το πλάτος του σήματος εξόδου είναι μικρότερο από εκείνο που θα υπήρχε χωρίς ανατροφοδότηση. Αυτό έχει σαν συνέπεια, οι συνιστώσες παραμόρφωσης καθώς και οι θόρυβοι που παράγονται στα κυκλώματα του ενισχυτή να υφίστανται μείωση στο πλάτος τους όταν ο ενισχυτής εργάζεται με ανατροφοδότηση. Αυτό άλλωστε φανερώνει και
Για >\Rm >> (Ro + Ri) + Για As >> 1 - RR^-
