В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций, страница 2
Описание файла
Документ из архива "В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "схемотехника" из 5 семестр, которые можно найти в файловом архиве НГТУ. Не смотря на прямую связь этого архива с НГТУ, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций"
Текст 2 страницы из документа "В.В. Дуркин - Аналоговые электронные устройства - Конспект лекций"
Если в коллекторную цепь транзистора в схеме рис. 1.3, б включить резистор R3 и выход снимать с коллектора, то получим последовательную ООС по току, т.к. при коротком замыкании на выходе (R3 = 0) ОС будет работать.
В инвертирующем усилителе (рис.1.4) имеет место параллельная ООС по напряжению. Связь отрицательная, т.к. ток источника сигнала i1 втекает в узел 1, а ток ОС i2B вытекает. Параллельность ОС следует из её исчезновения при коротком замыкании на входе (R1 = 0), поскольку в этом случае ЦОС оказывается нагруженной на идеальный генератор ЭДС с нулевым внутренним сопротивлением.
Кроме вышеперечисленных ОС следует различать местную и общую ОС. Под первой понимают ОС, охватывающую один каскад усилителя, а под второй – весь усилитель или несколько каскадов.
1.2. Влияние ОС на передаточные свойства
устройства
Основное назначение ОС – передача сигнала с выхода устройства на его вход. Кроме того, существует и побочное (как правило нежелательное) влияние ОС на параметры и характеристики устройства. Во-первых, ЦОС шунтирует вход и выход устройства. Во-вторых, через ЦОС сигнал может просачиваться и в прямом направлении: с входа устройства на его выход. Классическая теория ОС пренебрегает побочным влиянием ОС, считая устройство с ОС однонаправленной системой (передача сигнала происходит только по направлениям, указанным стрелками на рис. 1.1), состоящей из взаимно независимых функциональных элементов: устройства и ЦОС. Однако, если допущение об однонаправленности системы имеет место для большинства реальных схем с ОС, то пренебрежением шунтирующим влиянием ЦОС может привести не только к количественным, но и качественным неверным выводам о характере воздействия ОС на параметры устройства.
Проблема учета взаимного влияния устройства и ЦОС решается наиболее просто, если для исследования систем с ОС использовать метод четырехполюсника (разд. 3.2 в [1] ), основанный на представлении устройства с ОС в виде регулярного встречного соединения двух трехполюсников: устройства без ОС и ЦОС, так как вход ЦОС подключен к выходу устройства, а выход ЦОС – к его входу. Так, например, параллельную ОС по напряжению (рис.1.2 в) можно рассматривать как встречное регулярное параллельное соединение этих трехполюсников. В табл. 3.1 [1] приведены y – параметры согласного соединения (вход со входом, выход с выходом) трехполюсников. Индексы "I" и "II" означают принадлежность y – параметров к устройству и ЦОС. Для перехода к y – параметрам встречного соединения необходимо сделать замену: , , , . Зная y – параметры соединения и воспользовавшись табл. 4.1 [1], можно найти выражение для параметров устройства с ОС.
Рассмотрим изложенную методику на примере вывода выражения для сквозного коэффициента передачи по напряжению усилителя, охваченного параллельной ОС по напряжению (рис. 1.2, в).
Для встречного регулярного параллельного соединения двух трехполюсников (ЦОС и устройством без ОС)
Допущения об однонаправленности системы математически записывается как и .
Подставляя y – параметры из (3.1)в выражения для сквозного коэффициента передачи по напряжению любого линейного четырехполюсника (табл. 4.1 [1])
и полагая, что условие однонаправленности системы выполняется, получим
где индекс "F" означает принадлежность данного параметра устройству, охваченного ОС, , - проводимости источника сигнала и нагрузки.
При исследовании конкретных схем с ОС разделение схемы на ЦОС и основное устройство часто вызывает затруднения. Поэтому логичнее устройство с ОС представить в виде соединения каналов прямой и обратной передач (КПП и КОП). КПП отвечает за передачу сигнала в прямом направлении, т.е. с входа устройства на его выход, а КОП – в обратном: с выхода на вход. Если принять допущения классической теории ОС (однонаправленность и взаимная независимость каналов), то коэффициенты передачи КПП и КОП будут совпадать с коэффициентами передачи устройства без ОС и ЦОС.
При определении коэффициента передачи КПП ( * ) будем учитывать шунтирующее влияние КОП (ЦОС). При нахождении же коэффициента передачи КОП влиянием КПП пренебрегаем, т.к. взаимное влияние каналов было уже учтено при определении * . Такое разделение КПП и КОП обладает достаточной наглядностью и дает аргументированный ответ о возможности применения допущения о взаимной независимости этих каналов.
Умножая и деля второй член в квадратных скобках на проводимость и вводя обозначение
, (1.4)
получим
где B– коэффициент передачи ЦОС.
Таблица 1.1. Значения параметров выражения (1.5) для различных видов ОС
Вид ОС | ||
Параллельная по напряжению |
| |
Последовательная по напряжению |
| |
Параллельная по току | ||
Последовательная по току |
Обратите внимание, что коэффициент передачи КПП Ke* – это коэффициент передачи устройства с учетом шунтирующего влияния ЦОС!
Выражение (1.5) справедливо для любого вида ОС, только в зависимости от вида ОС будут изменяться значения параметров, входящих в это выражение (табл. 1.1).
Как видно из рис.1.2, в КПП и ЦОС составляют замкнутое кольцо, которое принято называть петлей обратной связи. Для количественной оценки ОС применяют коэффициент усиления вдоль разомкнутой петли ОС, который называется коэффициентом петлевого усиления и обозначается через . Очевидно, что
Наряду с используется возвратное отношение
и глубина ОС (возвратная разность)
– параметр, показывающий, как изменится коэффициент передачи устройства при введении ОС.
Из (1.5), (1.6) и (1.8) следует, что
Если шунтирующим влиянием ЦОС можно пренебречь то, вне зависимости от вида ОС, из табл. 1.1 получим, что
а выражение (1.9) примет классический вид
Возвратное отношение (1.7) – величина комплексная, характеризуемая модулем T и аргументом , где и – аргументы комплексных коэффициентов передачи и . Отрицательный знак перед в (1.7) говорит о том, что петля ОС спроектирована таким образом, что включает постоянный (частотно-независимый) фазовый сдвиг равный .
Аргумент же зависит от частоты и при фазовый сдвиг вдоль петли ОС будет равен или , а при – , т.е. в первом случае ОС – положительная, а во втором – отрицательная (см. разд. 1.1). Так как на разных частотах значения различно, то вид ОС при изменении частоты от 0 до будет меняться не один раз, в зависимости от числа нулей и полюсов передаточной функции T(p).
Таким образом, при , т.е. при ООС
и глубина ОС
т.е. ООС уменьшает коэффициент усиления в F раз, что является наиболее существенным недостатком такого вида ОС.
При T = 1 F = 0 и , что физически соответствует самовозбуждению устройства, т.е. оно превращается в генератор незатухающих колебаний. Возбудившееся устройство не может выполнять свои прямые функции, поэтому самовозбуждения устройства в эксплуатационных условиях недопустимо. Более подробно вопросы устойчивости устройств с ОС будут изложены в разд. 1.8.
1.3. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
Влияние ОС на входное сопротивление зависит от знака, глубины и способа подачи ОС на вход устройства и не зависит от способа снятия ОС с его выхода.
Для получения количественных соотношений следует воспользоваться теоремой Блекмана.
где , – сопротивление между двумя любыми точками схемы без ОС и при наличии её; – глубина ОС в режимах короткого замыкания и холостого хода между этими же точками.
Для входного сопротивления выражение (1.14) примет вид
где индекс "1" у глубины ОС говорит о том, что соответствующие режимы осуществляются на входе устройства.
Если связь параллельная (рис. 1.2,в и рис. 1.2,г), то F1КЗ = 1 (ОС в режиме короткого замыкания, т.е. при Z1 =0, не действует) и
При ООС и , т.е. параллельная (не важно по току или напряжению) ООС уменьшает входное сопротивление устройства.
Выражение для через y-параметры можно найти, если воспользоваться табл.1.1. Например, для параллельной ООС по напряжению и при отсутствии шунтирующего влияния ЦОС.
и
Из неравенства следует, что ОС сильнее влияет на входное сопротивление, чем на коэффициент передачи. Причем это утверждение относится к любому способу подачи ОС на вход устройства. Физически это можно объяснить следующим образом. Входное сопротивление устройства с ОС (рис.1.2 в) . При введении ООС , т.е. ЦОС подает на входной узел ток ОС, но не нагружает этот узел дополнительной проводимостью (мы сделали допущения об отсутствии шунтирующего влияния ЦОС). Выходное напряжение . Коэффициент передачи K=U2/U1=const определяется только параметрами АЭУ и не зависит от того, есть ОС или нет, . Таким образом, при введении ООС возрастает ток , потребляемый от источника сигнала, уменьшая напряжение и , а значит и коэффициент передачи . Входное сопротивление будет изменяться сильнее, так как будет не только уменьшаться напряжение , но и возрастать ток .
При последовательной ОС (рис. 1.2 а и рис. 1.2 б) (ОС не действует в режиме холостого хода на входе) и из (1.15) следует, что
Таким образом, последовательная ООС ( ) увеличивает входное сопротивление устройства, что во многих случаях является положительным фактором.