Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 10
Текст из файла (страница 10)
З.б), к первоначально приложенному ко входу напряжению У, (или току 1,). Так, анализ, проведенный по этому методу, показывает, что чает, что внутри окружности находитс область положительной ОС, нбо в ней Т> — 2 созфт. Если вектор оканчивается вне круга (4, 5, б), то ОС оказывается отрицательной. Среди векторов возвратного отноюения следует выделить расположенные на оси КеТ. При этом любой вектор, лежащий на левой полуоси, т.
е. при ~рт= 180', длиной Т = 1 соответствует положительной ОС с вещественным возвратным отношением. Если же при фг=180' Т)1, то, за исключением особых условий работы, усилитель с ОС неустойчив, т. е. он самовозбуждается, превращаясь в генератор. Вектор, расположенный на правой полуоси (6), где рг=0, соответствует отрицательной ОС с вещественным возвратным отноепен~ием.
Поскольку ~рт зависит от 1, вполне возможно, что вид ОС меняется при изменении частоты от 0 до оо и не один раз, в зависимости от числа нулей и полюсов передаточной функции Т(р). Тот вид ОС, который имеет место вблизи частоты ), (рис. 2.17), является определяющим для всего усилителя. Если при )=), ч~т=-0, то усилитель обладает отрицательной ОС, хотя на других частотах, обычно (но не обязательно) выходящих за полосу пропускания, ОС может быть положительной. В общем случае коэффициент усиления усилителя зависит от многих факторов и в рабочих условиях не остается постоянным.
К дестабилизирующим факторам относятся изменения напряжений питан`я, разброс параметров усилительных элементов, колебания температуры окружающей среды (особенно сказывается иа параметрах транзисторов), старение ламп и в меньшей степени транзисторов. Кроме того, коэффициент усиления зависит от сопротивления нагрузок на входе и выходе и от частоты. В определенных условиях работы требуется получение высокой степени постоянства усиления (что особенно важно для измерительных усилителей, а также усилителей для магистральной связи, число которых на всей трассе может доходить до нескольких тысяч). Наиболее эффективным средством достижения стабильного усиления является применение глубокой ОС.
В $ 3,2 было показано, что при от=0 К„=-К.)(1+ В К.). (З.З! ) Из (3.3!) видно, что при В=сонэ( относительное отклонение коэффициента усиления устройства ЛКвг/Квг получается меньше, чем у самого усилителя ЛКв/Кв. Реализуемый при этом выигрыш — + К ~ — (332) пкв (!+ вк,) (1+ вкз)з Используя (3.31) и (3.32), находим ПКлг ПКв / = — ) (1+ВКл) = —, кКе (З.ЗЗ) Квг Кп ) КлЕ ' Таким образом, относительное изменение коэффициента усилителя устройства с ОС меньше, чем у усилителя без ОС, в число зз раз, равное глубине ОС, А)ри очень глуоокой ОС (х" = 1+ВКЕ» »1) КЕР=1/В.
Было принято В=сонэ(. Фактически В не зависит от параметров усилителя, нг(, как видно из (3.19), (3.21) и (3.24), может зависеть от сопротивления нагрузок на входе и выходе. З.З. ВЛИЯНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА ВХОДНЫЕ И ВЫХОЛНЫЕ Г)(хОВОДИМОСТИ (СОПРОТИВЛЕНИЯ) 331 ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ,ОС ПО НАПРЯЖЕНИЮ К = КР— — . (3.35) (У х+ 1'в) У~ )' + 1'в (Если проводимостью Ув нельзя пренебречь по сравнению с Уь то в (3.35) сумма У,„„+ Ух дополняется слагаемым Ув.) Подставляя (3.35) в (3.34), находим УвхР=Увх 1+ '-' + -"-'" .
(3.35) У„У„(У„,„+ Ув) Если Ув« У„, то = У„)+ — . (3.3Т) У~(У „,+)'в) Выражения (3.36) и (3.37) показывают, что при ОС (т. е. при Ум~0) входная проводимость У,.Р больше входной проводимости усилителя без ОС в число раз, равное глубине ОС, в режиме холостого хода на входе (при У|=0). В этом можно убедиться, приравняв У, в (3.20) нулю: (т)... = У, У„гУ„(У...
+ У,), а так как согласно (3.10) с=1+'Т, то (Р)г,=в =- Р„=1+ )' (у „, -)- у,) Таким образом, и ри параллельной ОС У,х Р = У„)1 + Т„) = У„г"„. 3! (3.38) (3.39) Сначала рассмотрим влияние ОС на входную проводимость с физической точки зрения. Часть тока, поступающего от источника сигнала, (ток 6в на рис. 3.3) потребляется цепью ОС, за счет этого ток (ь получаемый от источника сигнала, возрастает. Следовательно, при параллельной ОС входная проводимость увеличивается, а входное сопротивление уменьшается. Эквивалентная схема на рис. 3.2 позволяет,выразить входную проводимость через параметры устройства; так,как входной ток А~ =~ 1+~~в= 1 вхс'1+ Ув(01 — 1Тх), то У„Р=! ~Ь=Увх()+У (1 — К)уУ „), (3.34) где при Ув«ух р Ъх 12 Следовательно, при ОС по напряжению выходное сопротивление меньше Рис.
З.т2. Нагрузочные характеристики тсилителя без Выходного сопротивления усилителя ос (т) и с Ос ио иаира- без ОС в число раз, равное глубине атонии' (2) ирн тсв=чаг ОС, найденной для режима холостого хода по выходу. К такому же результату можно прийти аналитически, полагая, что в схеме на рис. 3.2 нагрузка Уа заменяется источником напряжения (/а н 1„=0.
Тогда /а= У,, (/а+ ив((/а — (/,)+ У (/ы где (/т = Ув(/в/(Ув +У + У,) отсюда 1' у Ув (~У~+~уев) 1 в Увт Если пренебречь проводимостью Ув по сравнению с (У1+У„( и с Увуз1/~ Уз+ У1+Увх), что в ряде случаев допустимо, то Ув Увт — — Увы х (Ут + Увх) (3.43) В (3.43) УВУа1/Увых(71+Ух,), как видно из (3.20), представляет собой возвратное отношение для режима холостого хода по выходу (1'а=О), поэтому (3.44) что не противоречит равенству (3.41). Рассмотрим влияние ОС по напряжению на выходную прово.
димость, Как известно, выходное (внутреннее) сопротивление электрического источника, равное отношению напряжения холостого хода к току короткого замыкания: /~. х=(/*//ав (3.40) не зависит от амплитуды сигнала (прямая 1 на рис. 3.12). Если ввести ОС по напряжению, то, поскольку ее действие в режиме короткого замыкания не проявляется, ток 1а не изменится, в режиме же холостого хода напряжение уменьшится в число раз, равное глубине ОС, найденной для ре// ~г жима холостого хода по выходу (пратт мая 2): (/ав,=(/ах/1т„. Принимая во внимание равенство (3.40), получаем арх стах ввых так „гвх твв гвх (3.41) 3.3.2.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ СВЯЗЬ ПО ТОКУ Влияние этой ОС на входное сопротивление рассмотрим на примере схемы на рис. 3.5. Входные сопротивления усилителя без ОС и с ОС связаны с напряжениями и током во входной цепи следу1ошим образом: гтва = и'3Ц; Йва У = ит/33 = (и'3+ И В)/13, откуда видно, что /тваи)/тв . Исследование схемы на рис. 3.4 показывает, что если 2в'( )г.т-)-Я, 1, то 333 13 — УЗВ=ВВ/„У',=г„/„ Явыа+ 23+ 2 в при этом 13 — '* ~выа+ 23+ ~а Если допУстить, что У,„„+ля+ли- "Яв 3+33, н использовать выражения (3.10) и (3.22), то равенство (3.45) можно представить в виде ~~ар= 33311+ 3 ти) кваттк~ (3.46) где Р,„— глубина ОС в режиме короткого замыкания по входу (при Е~ —- О) .
Для определения выходного сопротивления воспользуемся графиком, аналогичным представленному на рис. 3.12. Поскольку в режиме холостого хода по выходу ОС по току не действует, то Уакк=У33 (рис. 3.13), а /тик~,/ак. Вследствие этого выходное со- "гт "ггт Рис. 3.1З. Нагруаочные карактерастнки усилителя беа ОС 11) и с 00 по току (2) при кае Уаг 'гк 'г ИрОтИВЛЕНИЕ Прн ОС /Св «У=У33//аик ПрЕВЫШаЕт ВЫХОДНОЕ СОПрО- тнвление усилителя без ОС /т3выа= Уа„//33 в число раз, равное глубине ОС в режиме короткого замыкания по выходу. Это несложно подтвердить, заменив в схеме на рис. 3.4 нагрузку г",3 испытательным генератором с напряжением Уг н полагая ЭДС Е~ =О. Так как /3= (Уа — 2~,/,)/(Л, „+Я~), /,= — Я,/(2, +2.„), то ив яи г„ ~выа р = = = ~вык+ Вв— (3.47) — — — г,+г„' бз (ак и при выводе выражения (3.46), принимаем Вв +2В=В юпользуя равенства (3.10) и (3.22), приходим к общему соотно- пению (3.48) де гг, — глубина ОС в режиме короткого замыкания по выходу ,(22 = О) .
З.З.З. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ОС ПО НАПРЯЖЕНИЮ З.ЗЗ. ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОС ПО ТОКУ Используя (3.17), (3.25) и (3.26), можно убедиться в том, что ~ри рассматриваемой ОС 3'„Р= 1',„11+7',„! = У„Е„; (3.51) (3.52) де ~11 У К В2 11 (1 В! + ~ В2) 1 вз (~выз+ ~з) В2 ~221 2к (~ В1 + ~ Вг) (1 1 + увв) ~вв11 К21 определяется согласно (3.26) (3.53) (3.54) з.з.з.
оьщии метод опРеделения сопвотивления Определение входного и выходного сопротивлений можно оббщить с помощью известной формулы Блекмана [5) л, =лг„у„, (3.55) де В, УР— сопротивления между двумя выбранными точками (наример, входными или выходными зажимами) без ОС и при ОС; ЗЗ Входное сопротивление устройства с такой ОС (по входу), как ледует из (3.46), превышает входное сопротивление усилителя без ЭС в гз„раз. Из (3.15) следует, что при В1=0 язв= 1+ (3.49) (РВ1+ РВг) (1' в11+ 1'з) При параллельной ОС по напряжению выходная проводимость Огласпо (ЗА7) оказывается в гг„=)1+Тг„~ раз больше, чем у 1силитсля без ОС.
Обращаясь к (3.!5), несложно установить, что 1 режиме холостого хода на выходе (УЗ=0) (~ щ + ~ВЗ) (~1 + ~вз) 1 в из Е„и Ек — глубина ОС в режимах короткого замыкания и холостого хода между этими точками. Например, входное сопротивление при параллельной ОС по напряжению Г„=1 (ОС в режиме короткого замыкания не действует) и Р„=Р,„2=1/Унк; ли=1/Унлр и 1/У„р=1/У, Еы, что не расходится с соотношением (3.39), Формула (3.55) особенно удобна при исследовании сложных видов ОС. 3.4.
ВЛИЯНИЕ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЯ, ПОМЕХИ И ИСКАЖЕНИЯ злл. лмплитндно, олзочлстотнля и пнрнходнля хлрлктнристики г,(н гам) г,(г) 3 Рис 3!4. Амнлнтулно-чнстотнме характеристики уснлителеа без ОС ()) и с ОС (2, 3) зб Зависимость коэффициента усиления и фазового сдвига от частоты обусловлена наличием в усилителе (каскаде) реактивных элементов (рис.
2.4„ 2.5, 2.17). В резисторных каскадах (рис. 2,16, а) фаза усиливаемого напряжения изменяется от +90' (при / — н-0) до — 90' (при / — т-со), Передаточные функции каскадов, входящих в состав усилителя, в простейшем случае содержат один полюс с частотой, расположенной в области /о — оо, К ням относятся резисторные каскады без разделительных конденсаторов (таких, как С, на рис. 2.16, а, б; 3,3, б; 3.5, 3.7,б и 3,9).
При наличии С, (что свойственно каскадам усиления переменного тока) добавляется еще полюс (и нуль г, = =0), частота которого находится в области 0 — /е. Таким образом, в общем случае передаточная функция усилителя содержит некоторое число как высокочастотных (/о«. /р(со), так и низкочастотных (О. /р(/о ...) полюсов. При этом число полюсов, расположенных в какой-либо части диапазона 0 — /о или /о — со, необязательно совпадает с числом каскадов, охваченных ОС. Так, при шунтировании резистора в эмиттерной цепи (рис.3.5) конденсатором число нулей и полюсов передаточной функции возрастает.
Если число полюсов с частотами в одной части диапазона невелико (один-два), то фаза ОС, равная нулю на частоте /о, при /=наг изменяется сравнительно мало (кривая 1 на рис. 3.14, а), коэффициент усиления йнр(/) =2019 Кнр(/) при этом получается меньше йл(/) =20 1ЯКл(/), т. е. проявляется свойство ОС поддер- Кв(й=Квйе>ов (3.56) к как >рв=п=сопз1, то (3.57) В= — В; Кв (7) (сор >рв + 1 $1п >гв ) Кер (>) 1+ВК (1)(соря>в +)з(о>рв) (3.58) сюда для устройства с ОС находим Кв (1) 1 + 2ВКв (/) сор >рв + ВР Кхв грвз = агд (И [з(п грв Исоа фв + ВКз (г) )).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
