М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Хотя оба вида обратной связи — по напряжению и по току — в равной мере ослабляют искажения и стабилизируют усиление, они различаются по своим свойствам, когда речь идет о выходном сопротивлении усилителя, но обсуждение этого вопроса необходимо отложить до следуюшей главы. 4.8 Эксперименты с отрицательной обратной СВЯЗЬЮ Усилитель в интегральном исполнении служит идеальным средством для проведения экспериментов с отрицательной обратной связью. На рис. 4.7 приведена основная схема усилителя с последовательной обратной связью по напряжению. 77-ая часть выходного сигнала возврашается во входную 76 Отрицательная обратная связь цепь, где оказывается включенной последовательно с входным сигналом; при этом фаза сигнала обратной связи такова, что он вычитается из входного сигнала. Треугольник на рис.
4.7 представляет собой обшепринятое обозначение усилителя. Выводы, отмеченные знаками «+» и « — », являются входными клеммами, а третий вывод (в вершине треугольника) — это выход усилителя. Ради простоты, на схеме не показан источник питания. Наш усилитель, как и большинство интегральных усилителей, имеет «одиночный» выход и «дифференциальный» вход. Другими словами, выходной сигнал возникает между выходом усилителя и землей, тогда как входным сигналом является разность потенциалов междудвумя входами, Вывод, помеченный знаком «+», является неинвертируюшим входом: приложенный к нему положительный сигнал дает положительный сигнал на выходе.
Вывод, помеченный знаком « — », является инвертируюшим входом; приложенный к нему положительный сигнал дает отрицательный сигнал на выходе. В частности, если один и тот же сигнал одновременнодействует на обоих входах относительно земли, то никакого сигнала на выходе не будет. Ьолее подробно дифференциальные усилители рассмотрены в главе 8. Рис. 4 7 Усилитель с последовательной обратной связью по напряжению.
При наличии дифференциального входа введение отрицательной обратной связи оказывается очень простым: часть выходного сигнала подается на инвертируюший вход, тогда как входной сигнал р«, подается между неинвертируюшим входом и землей. Значение Д определяется сопротивлениями резисторов й и й,вделителе напряжения: Я, Ф=— Я, +Яг Таким образом, в случае, когда коэффициент усиления А с обратной связью много меньше, чем коэффициент усиления А, без обратной связи, имеем: Эксперименты с отрицательной обратной связью 77 +ив вв Никилсвкл интетрслвн и елены с Л-ю вывсллии ~вил сверку) В рилнт «люнен 12 3 4 Рис.
4 8. Схема вля экспериментов с охваченным обратной связью интеграль- ным усилителем типа 74!. Лля измерения козффиписнта усиления без обрат- ной связи резистор Я, замыкается накоротко. ~4 +~/ А= Яу Хотя из соображений простоты мы выбрали здесь в качестве примера последовательную обратную связь, это не единственный способ подачи обратно на вход части выходного напряжения. В главе !! будет рассмотрена также широко применяемая параллельная обратная связь, когда сигнал обратной связи подается во входную цепь параллельно с входным сигналом. На рис. 4.8 приведена полная рабочая схема на основе усилителя типа 741 для экспериментов с отрицательной обратной связью. Она построена по тому же принципу, что и схема на рис. 4.7, с добавлением источника питания и разделительных конденсаторов, не пропускающих постоянные составляющие.
220-килоомными резисторами 71, иЯз задается рабочая точка в режиме покоя, путем поддержания потенциала неинвертируюшего входа посредине между землей и напряжением питания. Наличие конденсатора С, в цепи обратной связи обеспечивает равенство 1 коэффициента,!! по постоянному току, так что напряжение на выходе усилителя повторяет постоянное напряжение на неинвертируюшем входе и устанавливается на уровне половины напряжения питания; таким образом, оказывается возможным усиливать с помощью этой схемы сигналы как положительной, так и отрицательной полярности.
78 Оглрицательная обратнал связь Коэффициент усиления напряжения усилителя с обратной связью можно измерить, подавая входной сигнал от генератора и сравнивая входной и выходной сигналы с помощью осциллографа; при указанных значениях Я и Я, коэффициент усиления с обратной связью равен 100. Чтобы осуществить опыт с усилителем без обратной связи, можно замюгуть накоротко резистор Я, в цепи обратной связи; это приведет к исчезновению переменного сигнала обратной связи, но не нарушит режима по постоянному току.
На низких частотах, вблизи 100 Гц, коэффициент усиления напряжения без обратной связи окажется очень большим (порядка 1Оз). однако с ростом частоты он будет падать, и частотная характеристика будет подобна верхней кривой на рис. 4.3. Неожиданное уменьшение усиления на частотах ниже 100 Гц также легко объяснимо. Оно обусловлено конечным значением реактивного сопротивления конденсатора Сз на низких частотах, которое приводит к возникновению слабой отрицательной обратной связи.
В схеме с обратной связью можно менять величину Я,, в результате чего будут получаться различные коэффициенты усиления с обратной связью и можно будет наблюдать влияние Я на вид частотной характеристики; график на рис. 4.3 показывает, какого йзиенно результата при этом следует ожидать. Напряжение питания можно менять в диапазоне от 6 В до 36 В, не нарушая работы схемы.
Однако коэффициент усиления усилителя типа 741 без связи существенно зависит от напряжения питания; это дает возможность убедиться в стабилизирующем действии отрицательной обратной связи.. При уу = 0,01 изменение коэффициента усиления со связью при изменении напряжения питания ничтожно мало, тогда как изменение коэффициента усиления без связи при замыкании гг, накоротко будет заметным. Оценить степень уменьшения нелинейных искажений при введении обратной связи трудно, если нет измерителя искажений или спектроанализатора, способных исключить основное колебание и измерить гармоники, возникающие в усилителе. В отсутствие подходящего измерительного прибо- ИРНЕРЕННЕ СРНМ Чввфс Е ИГНРЕ, РВВЕЕНЕГЕ еенервеерен ОЕ вневе) Внв ееенвн Рис. 4 9, Ловитель напряжения, облсгчаюший измерение входного сигнала в схеме с большим козффиниснтом усиления.
Эксперименты с отрицательной обратной связью 79 ра можно воспользоваться двухлучевым осциллографом, чтобы сравнить входное синусондальное колебание с формой выходного сигнала и качественно оценить нелинейность усилителя с обратной связью и без нее. При измерении очень большого коэффициента усиления без связи может возникнуть трудность с измерением очень малого сигнала ( ( 1 мВ ) на входе усилителя. Многие осциллографы недостаточно чувствительны, чтобы по осциллограмме можно было определить величину такого сигнала. Зта проблема решается путем включения делителя напряжения на выходе генератора; простая схема показана на рис. 4.9.
При указанных сопротивлениях резисторов на вход усилителя поступает сигнал, в тысячу раз меньший, чем сигнал на выходе генератора. С помошью осциллографа уровень этого последнего сигнала легко измерить, так что, применяя в делителе резисторы с малым допуском, можно точно определить величину напряжения на входе усилителя. Согласование сопротивлений 5.1 Введение Сплошь и рядом согласование сопротивлений бывает окружено незаслуженным ореолом таинства. Когда схема не функционирует ожидаемым образом, часто начинаются более чем туманные попреки в алрес рассогласования сопротивлений, но решение этой проблемы рассматривают скорее как колдовство, а не как науку.
Цель этой главы состоит в том, чтобы описать в обших чертах принципы и практику согласования сопротивлений и попытаться на этом пути рассеять всякие ассоциации с тайной и волшебством. (В пределах данной главы автор не вполне последователен в терминологии и обозначениях: говоря об импедансе и обозначая его символом л, он почти всюду имеет в виду чисто действительное сопротивление, не оговаривая этого каждый раз, При переводе были сохранены обозначения оригинала, а терминология в максимальной степени приближена к традиции изложения затрагиваемых здесь вопросов в отечественной литературе. — Прим.
лерев.) 5.2 Входное сопротивление У любого электрического устройства, для работы которого требуется сигнал, имеется входное сопротивление. Точно так же, как и любое другое сопротивление (в частности, сопротивление в цепях постоянного тока), входное сопротивление устройства есть мера тока, текушего по входной цепи, когда ко входу приложено определенное напряжение. Например, входное сопротивление 12-вольтовой осветительной лампы, потребляюшей 0,5 А, равно 12У0,5 = 24 Ом.
Лампа является простым примером сопротивления, так как нам известно, что в ней нет ничего, кроме нити накаливания. С этой точки зрения входное сопротивление такой схемы, как усилитель на биполярном транзисторе, может казаться чем-то более сложным. На первый взгляд, наличие в схеме конденсаторов, резисторов и полупроводниковых р-л переходов делает определение входного со- Входное сопропгивление 81 противления трудным. Однако любую входную цепь, какой бы сложной она ни была, можно представить в виде простого импеданса, как это сделано на рис. 5.1. Если à — напряжение переменного входного сигнала, а 2„— переменный ток, текуший по входной цепи, то входной импеданс равен (5.1) ~» г 1 ! 2, 1 1 3 Ваоаам заании Рис.
5.1. Схема с парой вхолных клемм, иллюстрируюшая понятие входного импеданса с,„. У большинства схем входной импеданс имеет резистивный (омическнй) характер в широком диапазоне частот, в пределах которого сдвиг по фазе между входным напряжением и входным током пренебрежимо мал. В этом случае входная цепь выглядит так, как показано на рис. 5.2, справедлив закон Ома и нет необходимости в алгебре комплексных чисел и в векторных диаграммах, применяемых к цепям с реактивными элементами.
Важно отметить, однако, что из омнческого характера входного импеданса не обязательно следует возможность его измерения на постоянном токе; на пути входного сигнала могут находиться реактивные компоненты (например, разделительный конденсатор), которые несушественны в отношении переменного сигнача на средних частотах, но не позволяют проводить измерения во входной цепи на постоянном токе. 1 Г д„ 1 1 1 Рис. 5.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
