Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 47
Текст из файла (страница 47)
10.76, б, В ре. жиме насыщения идеального ОУ напряжение и „Ф О, а ток с,х =О. Если ОУ применяется в режиме усиления сигналов, то будем пользоваться его условным изображением на рис. 10.75, а, если также и в режиме насыщения, то иа рис. 10.75, б, Схема на рис. 10.75, б поясняет равенство напрвжений на выходе ОУ в режиме насыщения н источника питания Е или -Е. 193 Большое значение коэффициента усш1ения напряжения позволяет испольэовать глубокую отрицательную обратную связь для создания на основе ОУ устройств различного функционального назначения.
10.10. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В УСИПИТЕПЯХ Обратной связью в технике принято называть воздействие выходной величины устройства на вход этого же устройства. Обратная связь отрияательна, если в устройстве с обратной связью входная величина уменьшается; в противном случае она иоложительна, Обратная связь в уси. лителях может быль последовательной или параллельной, по напряжению или по току, ло переменной или по постоянной составляющей.
Последняя уже рассматривалась в й 10.14 и 10,15 для стабилизации рабочих характеристик усилительных каскадов прн изменении температуры окружающей среды. В дальнейшем ограничилюя анализом обратной связи лишь по переменной составляющей. В общем случае цепь обратной связи по переменной составляющей представляет собой пассивный четырехполюсник, который своими выводами 7 — 1' и 2-2 подключается соответственно к выходной и входной цепям усилителя У По способу подключения входных вьаодов 1-1 четырехполюсника обратной связи ОС различают обратную связь по напряжению (рис. 10.77, а) и по току (рис.
10.77, б), по способу подключения его выходных вьаодов 2 — 2' — параллельную (рис. 10.78, а) и последовательную (рис. 10.78, б) . На рисунках учтено, что обычно один вьаод входной и один вьаод выходной цепей четырехполюсника соединены накоротко. Положительная обратная связь в усилителях практически не применяется, но лежит в основе работы различного рода автогелераторов, которые будут рассмотрены в дальнейшем.
Отрицательная обрати. я связь используется в усилителях очень широко. Она позволяет создавзть на основе усилителей устройства различ- суви сг„, а) Рис !О 77 294 ного функционального назначения сумматоры и вычитатели напряже- ний, интеграторы, фильтры и т. д. Рассмотрим примеры применения ОУ, полагая их идеальными, с от- рицательной обратной связью, Неинвертирующий усилитель. В неинвертируюшем усилителе (рис.
! 0.79) используется последовательная отрицательная обратная связь по напряжению. В дальнейшем ветвь 1'-2 четырехполюсника обратной связи, соединяющую накоротко эквипотенциальные точки входной и выходгой цепей ОУ, не будем изображать на схемах. Примем, что напряжение сигнала изменяется синусоидально, и воспользуемся комплексным методом расчета цепи усилителя. Запишем уравнение по второму закону Кирхгофа при выполнении условий (10.36) для контура, отмеченного на схеме штриховой линией, Г, и- — и=() =О, с ч „н нх а.с (10.37) Из (10.37) видно, что напряжение (7' не зависит от сопротивления пепи нагрузки гн.
Слецовательно, по метод> эквивалентного источника (1.34) выходное сопротивление неннвертируюшего усилителя равно нулю (г = О), Входное сопротивление неннвертируюшего усилителя велико и определяется входным сонротнвэением ОУ. à — — — гт -7 Г „"7 гт.1 "'ф~ Г 5 7пюэ Рис. 70.79 Рис. 50 78 295 в котором вычитаемая величина г, (/„7 (г, + г ) характеризует последовательную отрицательную обратную связь, Следовательно, коэффициент усиления напряжения неинвертируюшего усилителя Повторитель напряжения При выполнении условия г» г значе- с о с ние коэффициента усиления неинвсртирующего усилителя (10.37) стремится к ецинице.
В предельном случае (г, -, г - О) неинвер- о с тирующий усилитель преобразуется в повторитель напряжения (рис. 10.80) . Инвертирующий усилитель, В инвертирующем усилителе используется параллельнзя отрнцзтсльнзя связь по напряжению (рис. 10.81). Отрицательный характер обрзтной связи обеспечивается цепью обратной связи с сопротивлением г, соединяющей выход усилителя и его ин- о с' вертирующий вход. В сопротивлении входной цепи г, учтено внутреннее сопротивление источника сигнала. Для анализа работы усилителя составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура, отлсечснного на рис. 10.81 штриховой линией. (10.38а) и по первому закону Кирхгофз зля узла !.
(., + („„=(с =(ис и )(г, (10.38б) где У, г' и 1 — токи в пепи обратной связи, цепи источника сигнала ос' с их и на входе ОУ. С учетом условий (1036) из системы уравнений (10.38) получим. (10.39а) К =. () /(г = — и !г, — коэффициент усиления и;шряжсния; = (7 !г' вх с с (10.39б) — входное сопротивление инвсртирующего усилителя Выходное сопротивление инвертирующего усилителя, как и неинвертирующего, мало. Сумматор напряжений. Пз основе нсинвсртирующего и инвертирующего усилителей можно реализовать нсинвертирующий и инвертирующий сумматоры напряжений.
Лля инвертирующего сумматора напряР«10 а0 Рис. !0.8! с.с Сис гис !0.82 жений (рис. 10.82) при выполнении условий (10.36) составим с учетом первого закона Кирхгофа ш(я узла 1 и нторого закона Кирхгофа для контуров, отмеченных на схеме штриховой линией, уравнение о нГ ос е( е2 (~ ' с27 или г' г г о.с о с и, с( „ст г, Г2 где безразмерныс величины г,'г, и г 7'гз — "весовые" козффицио.с' о.с енты Выбрав значения сопротивлений г = г, = г,, пол, шм сумми.
о,с рование; и — (и с и ). г и = —  — и о.с Н св А=! (10.40) где г — сопротивление ветви 1 < 7( <л с источником сиена((а, напря/: жение которого и а с Лля неинвертирующего сумматора напряжений (рис. 10.83) с учетом (10.36) из уравнений, составленных по законам Кирхгофа, получим соотношение ио — г,и,'(г,сг) с2 и о с — 0 г и — г(и 7(г( + г ! с( и о с г 297 В обобщенном виде работу инвертирующего сумматора определяет выражение !ис !083 г!+ г ос ( + с! сг Г! и и (10.41) и =и ьи Н с! ст Вычитвтель напряжений, Вычитание напряжений на основе ОУ можно реализовать по схеме на рис. 10.84. При выполненип условий (10.36) для контура, отмеченного на рисунке и!триховой линией, получим и + г !' — и — г!и,/'(г! ь гз) =- О, ст (1О 42а) где ток в цепи обратной связи и — и с! н ос (10 42б) г!+ Г о с Сг с г ос Рнс !О К4 298 Выбрав сопротивления резисторов г, и г так, чтобы удовлетворялось условие (г, е г )!"г, =1, получим суммировзние: Из системы уравнений (10.42) слецует "3(с! ~ "с! с) à — — и — — ' и с2 с! "1("2 ~ "3) Г ! и в И ЛРИ Г! — Г2 — Гз (!0.43) и = и — и и с2 с! Интегратор В и!петра!оре па основе ОУ (рис.
10.85) цепь отрицательной обратной связи по папряжени!о содержа!т конденсатор емкостью С,. Составим для контура, отмеченного иа рисунке штриховой линией,уравнение по второму закону Кирхгофа. и +и — и =О, н с! ах (10.44а) где И = — ( !' Ст! с! о с С! (10.44б) — напряжение иа конденсаторе обратной связи; 1,=! -1,=(и -и ))с (10.44в) ! — — ) и!)! и с сС! (10.45 ) Избирательные усилители. Избирательный усгшитель с характеристикой по рис 10,59, д реализуется на основе ОУ с параллельной огрицатель!юй обратной связью по папряжению (рис. 10,8б) и резонансным ас! гс с — г.
Рис, 10 Хб !пс !ОХ! 299 -- ток в цепи обратной связи (по первому закону Кирхгофа для узла 1). Из системы уравнений (10 44) при соблюдении условий (10.3б) следует, что заградительньсм фильтром (см, рис, 4.8, я) в цепи обратной связи, На. пряжение исто~ника сигнала изменяется по синусоилальному закону. Поэтому для расчета режима работы усилители можно воспользоваться комплексным методом, представив все напряжения и токи соотнет.
ствующими комплексными величинами. Лля разделения постоянной и переменной составляющих тока в цепь обратной связи включен конденсатор емкостью С,. Г!ренебрегая его сопротивлением, составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура, отмеченного на рис, 10,86 штриховой линией.
Г/н 27 — (У»„= О, (10.46а) где /хс (-/хс) а = — '- /ль — /хс / Оз!. (! 0.46б) ( - со'ЕС вЂ” комплексное сопротивление заградительного филыра; Г., = /, — /„„= (ие (/„„))г — /„, (10.46в) 8„(оз) 66 К =К (оз)е н н ис 7 /оз/. г (! сз /.С)г а его амплитудно-частотная характеристика о/ь К „(оз) )(! - с|КС)!г (!0.47) При резонансной угловой частоте о) е, = 1),)ХС значение коэффи- циента усиления напряжения К вЂ” ° (на рис. !0.87 — непрерывная н линия). С учетом потерь энергии в реальном резонансном заградительном фильтре АЧХ избирательного усилителя будет отличаться от идеальной, как показано штриховой линией па рис. 10,87, ю Рис. )0.87 а'рю 300 — ток в цепи обратной связи (по перволсу закону Кирхгофа для уз- ла 1).
Из системы уравнений (10.46) при собл(одении условий (10.36) следует, что коэффициент усиления напряжения избирательного уси- лителя Использование в цепи обратной связи заградительного гСфильтра (рис. 4.9, а) приводит к аналогичным результатам. Однако гСфильтры проша для практической реализации и поэтому во многих случаях ока.
зываются предпочтительнее резонансных заградительных фильтров. Такие фильтры на основе ОУ назывантг также активными гСфильтрами. эоле. усилитвль мощности Усилитель мощности обычно является последним каскадом в цепи усиления сигнала. К его выходу подключается приемник большой мощности. Различают два класса усилителей мощности; А и В. На рнс. !0.88 приведена схема усилителя мощности класса А. Для получения большой мощности необходимо максимально уменьшить сопротивление цепи коллектора усилителя по постоянному току и подключить к ней приемник с сопротивлением нагрузки г через и трансформатор.
Рассмотрим сначала режим покоя усилителя, который характеризуется точкой А на коллекторных характеристиках транзистора Рис. !о.аз Рис 30 Я9 Тг 2 г г в г <. Ры< р В< <2 с 1 Ь<я где ! . — амнлитудз синусоидзльного тока базы. Бт Следовательно, коэффициент ус«ленив мощности << = Р )Р =- г 82 <'(г ь !<,,). Его типовое значение равно 100-200. (! ОЛ8) СБ <в '>Г ) ~— гтг ГВ< !О 90 302 (рис.
10.89). Так как сопротивление цепи коллектора в режиме покоя равно активному сопротивлению первичной обмотки трансформатора, то можно считать г = О. Следовательно, нагрузочная характеристика К (см. рис. 10,63) практически параллельна оси ординат (рис. 10.89). При действии на входе усилителя мощности источника, например сннусоидального сигнала е = Р) В<я оэг, переменнью составляющие с '<л токов базы <' . и коллектора <'к транзистора также будут синусоидаль- Ь ными. Однако лля переменной состявляющей тока сопрспивлепие цепи коллектора равно приведенному сопротивлению цепи нагрузки !См. (9.8), т. е. г = г = г (и<<,<н< ) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
