5_5_4 (лекции по УППС (УПОС)), страница 2
Описание файла
Файл "5_5_4" внутри архива находится в следующих папках: лекции по УППС (УПОС), Глава5. Документ из архива "лекции по УППС (УПОС)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "радиоприёмные устройства" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "радиоприёмные устройства" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "5_5_4"
Текст 2 страницы из документа "5_5_4"
В соответствии с принятыми обозначениями условия появления генерации при ОС можно представить следующим образом:
T = 1; Т = n 360°, (3.54)
где n — любое целое число.
При выполнении условий (3.54) на какой-либо частоте в усилителе могут возникнуть колебания, не зависящие от наличия сигнала на его входе. Появление этих колебаний обусловлено тем, что энергия с выхода усилителя, поступающая по цепям ОС на вход, компенсирует потери сигнала в его цепях и в усилителе устанавливаются стационарные автоколебания от любого, даже очень небольшого воздействия, например от шумов источника сигнала. Собственные колебания в усилителе либо сильно искажают полезный сигнал, либо значительно ухудшают основные технические показатели усилителя, либо, наиболее часто, просто подавляют полезный сигнал. Поэтому возникновение генерации (автоколебаний) в усилителе недопустимо.
Специально в усилители вводят, как правило, ООС, которая очень широко используется для улучшения их технических показателей. Однако все усилительные каскады на краях рабочего диапазона частот и особенно за его пределами создают фазовые сдвиги петлевого усиления. В усилителе могут возникать и дополнительные фазовые сдвиги, например, за счет транзисторов, трансформаторов, дополнительных фазовых сдвигов в цепи ОС и пр. В результате вводимая ОС, которая в рабочем диапазоне частот является отрицательной, за его пределами может превратиться в положительную. Это приведет к самовозбуждению усилителя, если для какой-либо частоты будут выполняться условия (3.54). Поэтому анализ и обеспечение устойчивости усилителя в смысле отсутствия самовозбуждения являются важнейшими задачами проектирования усилителей с ОС.
Для оценки устойчивости усилителей с замкнутой петлей ОС применяются аналитические и частотные методы анализа. Аналитический критерий устойчивости, как известно, требует того, чтобы все корни характеристического полинома всего усилителя с замкнутой петлей ОС имели отрицательные вещественные части – все свободные колебания, возможные в усилителе, были затухающими. Аналитические критерии устойчивости при практическом использовании обладают рядом недостатков. Разработанные в последние годы численные методы с применением ЭВМ затруднены тем обстоятельством, что обычно аналитическая система уравнений отличается от действительной системы для конкретного усилителя за счет наличия паразитных межкаскадных связей через общий источник питания, паразитных и распределенных емкостей и индуктивностей проводников и деталей усилителя, неточности параметров моделей УЭ и трансформаторов.
Очевидно, что усилитель будет устойчивым, если ни на каких частотах, не выполняются условия (3.54). Эти условия непосредственно вытекают из критерия устойчивости систем с ОС, предложенного Найквистом. Критерий Найквиста относится к частотным и является более общим, чем условия (3.54). Его часто используют при определении устойчивости усилителей, особенно электронных. Он наиболее близок к условиям (3.54) и дает возможность сравнительно легко определять устойчивость многокаскадного усилителя, допускает экспериментальную оценку устойчивости при разомкнутой петле ОС, позволяет найти возможные пути ее обеспечения. Критерий Найквиста получен математически достаточно сложно на основе функционального анализа. Применительно к усилителям он может быть сформулирован следующим образом: усилитель, устойчивый при разомкнутой петле ОС, будет устойчивым и при замкнутой петле, если годограф вектора петлевого усиления не охватывает точку с координатами (–1, 0) при изменении частоты от нуля до бесконечности. Годографом называют кривую, которую описывает на комплексной плоскости конец вектора . Таким образом, годограф одновременно учитывает зависимость от частоты и модуля Т, и аргумента Т вектора .
При использовании критерия Найквиста анализируется устойчивость усилителя при разомкнутой петле ОС, поэтому остановимся кратко на способах ее размыкания. Очевидно, что для сохранения значения * следует разомкнуть пассивную цепь ОС . При этом цепь можно размыкать в любом удобном для анализа месте. Например, часто в усилителях со сложными входными и выходными цепями, а также с цепями коррекции устойчивости с фазовым опережением разрыв цепи производят на входе усилителя на клеммах 1 — 1 (рис. 3.9). Такой разрыв делать проще, и он не нарушает пассивной передачи сигнала на выход усилителя (клеммы 6—6) с входных клемм 5—5 через цепь р. При этом Zbx выносят на клеммы 1"— 1"
и на Zbx определяют возвратное напряжение ОС при ЕГ = 0, а к клеммам 1' — 1' подключают ЭДС 1 измерительного генератора.
Возможно размыкание цепи и на входных клеммах 3—3 цепи ОС (см. рис. 3.1, 3.2). В усилителях с простыми цепями ОС возможно размыкание и внутри цепи , но оторванную часть цепи с каждой стороны нужно заменить эквивалентным ей сопротивлением.
Годограф вектора недостаточно нагляден. Так, область рабочего диапазона частот сильно сжата, на одном рисунке сложно изобразить годограф при очень малом и очень большом модуле петлевого усиления и т.д. Поэтому наряду с годографом широко пользуются частотным методом оценки устойчивости, который является разновидностью критерия Найквиста. При частотном методе совместно рассматривают раздельно построенные логарифмическую АЧХ (ЛАЧХ) и ФЧХ усилителя, а иногда для отдельных видов усилителей — только ЛАЧХ. В последнем случае ФЧХ приближенно аппроксимируют, используя известную связь ФЧХ с АЧХ.
Показатели усилителя изменяются в ходе эксплуатации и от экземпляра к экземпляру (за счет производственного разброса параметров элементов, особенно УЭ, и в ходе технологического цикла изготовления интегральных усилителей). Из-за этого меняются в некоторых пределах АЧХ и ФЧХ, а следовательно, и годограф усилителя. Для надежного обеспечения устойчивости годограф вектора должен проходить на некотором расстоянии от критической точки –1; 0. Поэтому вводят запас устойчивости х по модулю Т = | | и по аргументу Т. Запас по модулю х = – 201gT, где Т — модуль = | | на частоте, для которой Т = ± или Т = 180° – З. Запасом по фазе З fps называют угол, дополняющий Т до на частоте, при которой Т = 1 (0 дБ) или Т [дБ] = х.
При анализе устойчивости усилителей с ОС обычно запас по модулю принимают равным x=3N дБ, а запас по фазе З = 10° N, где N — число каскадов в усилителе. При этом рассматриваются частоты, в среднем на две декады (в 100 раз) превышающие граничные частоты рабочего диапазона усилителя.
185