Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 42
Текст из файла (страница 42)
вознинает ограничение выходного тока, при котором не происходит выделения недопустимо большой мощности рассеяния на коллекторах. Этот блок представляет собой бесконденсаторный усилитель, т. е. усилитель с непосредственной связью между оконечными тра~нзисторами и акустической системой (рнс. 6.26), требующвй биполярного источника питания. Но в этом случае на выкоде может появиться постоянное напряжение, смещаюшее подвижную систему громкоговорителя от нейтрального (среднего) положения, при котором сокращается ее неискаженный размах от полезного сигнала, т. е громкость при отсутствии искажений. В худшем случае, например при пробое оконечного транзистора, звуковая катушка оиазывается под напряжением одного из выпрямителей и быстро сгорает.
Ллн защиты акустической системы прп бесконденсаторном выходе используется быстродействующее реле, отключаюадее ее при появлении иа выходе даже сравнительно низкого постоянного на. пряжения порядка нескольких вольт любой полярности. Работой реле управляет трехкаскадный усилитель, выполненный по схеме ма рис.
6.30. При поступающем на вход напряжении положительной полярности транзистор У) попадает в режим насышенвя, напряжение на его коллекто- 210 резно падает, транзисторы УЗ, У4 закрываются, в результате размыкается контакт реле К1, Если на выходе мощного усилителя возникает постоянное на„ яжение отрицательной полярности, то закрывается транзистор У1, и это напряжение через резистор Гтз попадает на базу транзистора УЗ, что приводит и; запвранню этого ~г последующего транзисторов и размыкаиию контакта реле. х зигсф угисииглл Рис. З.ЗО. Схема зашиты акустической системы от постоянного напряжения иа выходе усили- теля Это же устройство устраняет слышимые щелчки при включении в сеть благодаря задержке срабатывания реле, обусловленной зарядом конденсатора СЗ' через резистор Гтб, Глава 7 УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Отрицательная обратная связь в усилителях широко попользуется для улучшения параметров и характеристик.
Однако передаточная функция многокаскадного усилителя содержит большое число полюсов, что осложняет обеспечение устойчивости, особенно при глубокой ОС. Дело в том, что из-за фазовых сдвигов, вносимых усилителем и цепью ОС, отрицательная обратная связь может оказаться положительной на краях полосы пропускания илн за ее пределами. В этом случае при отсутствии сигнала на входе может появиться сигнал ка выходе. Действительно, как видно из (3.11), К„, =и,1Е,=К„~(1+Г), (7.! 'р откуда следует, что при возвратном отношении Т= — 1 (7,2) гт Е|=0 — выражение для выходного напряжения (1з=г(кЕгг(1+ +Т) становится неопределенностью вида 010, которая физически ~~ображает возможность сугцествованпя на выходе напряжения при отсутствии сигнала на входе.
Собственные колебания оказывают ются настолько мошнымн, что подавляют полезный сигнал. Поэтом му самовозбуждение в усилителе недопустимо, и одной из задач п проектирования усилителя является обеспечение его устойчи- 213 ности. Равенство (7.2), являющееся условием генерирования нсза тухающих колебаний, соблюдается прн Т=-1 (7.3) н при 1р = агдТ.=-180'. (7.4) Устойчивость усилителя, достигаемая при Т =.1 па все: частотааь на которых трт —— 180', называется абсолютной (рнс, 7.1,а) уг) а! Рис. 7.!.
Диаграммы Наакапста дла усилительных устройств 7.1. кР11теРий ИАГ1книстА Для определения состояния усилителя с ОС используется критерий Найквнста, согласно которому усилитель с ОС устойчив, если годограф вектора возвратного отношения Т(17) не охватывает точку с координатамн — 1,0 в облает!1 частот от 0 до оо (рис. 7,1,а, б). Коэффициент усиления усилителя переменного тока,прп 1=0 равен нулю н фазовый сдвиг наибольший положительный.
С ростом частоты в области нижних частот !(в(7) и Т(!) увеличиваются, фазовый сдвиг стремится,к нулю, в области верхних частот они уменьшаются. Поэтому прн повышении частоты в любой области частот вращение вектора возвратного отношения Т(17) в прпнщще происходит по часовой стрелке, хотя на отдельных, сравщмельно небольших участках частотного диапазона возможно изменение в противоположную сторону. Коэффициент усиления и. возвратное отношение усилителя постоянного тока прн 1'-еО не уменьшаются, н для того чтобы получить замкнутый годограф, ча. стота должна изменяться от — о до +ос; при 1(0 аргумент функции Т(1!) становится отрицательным, но это не сказывается на модуле ТЯ. Прп условной устойчивости — устой твостн по Найквнсту (рис.
7.1,в) в с.чучае перегрузки усилителя сильным сигналрм илн помехой коэффициент усиления и возвратное отношение уменьшаются. Л это сопровождается уменьшением длин радиусов функции Т(1!) — точка — 1,0 может оказаться внутри годографа что приводит к потере устойчивости (рис. 7.1,б), т. е.
к сахговоз буждению, не исчезающему при прекращении действия сильного 2!2 а~а сигнала илп помехи. Для реализации режима условной устойчивости требуется автоматическая регулировка фазового сдвига тртч н результате при ~перегрузке усилителя грт возрастает, изменяя форму годографа (штриховая линия на рис. 7.1,в). режим условной устойчивости позволяет получить наиболее глубокую ОС, однако его использование связано с рядом трудностей, что и ограничивает применение этого режима. 7.2. ЗАПАСЫ УСТОГ1ЧИВОСТИ Для обеспечения устойчивости с запасом, что необходимо вследствие разброса и непостоянства параметров усилителей (зависЯщих от темпеРатУры, напРЯженпй пптаниа и длительности Работы), а также пассивных элементов, годограф вектора Т(1)), рассчитанный для поминальных (средних) значений параметров, должен проходить на известном расстоянии от точки — 1,О.
Поскольку модуль Т()) и аргумент трт вектора Т(1)) зависят от параметров усилительных и пассивных элементов (например, У, и У, на рнс. 3.2), целесообразно ввести запасы х по модулю (в децибелах) и г7 по аргументу (рис. 7.2). Необходимость введе- М акта Г/ Рис.
7.2. Запасы устойчивости оо модулю н аргументу: 1, — частота аысокочастогиого обхода пня запаса устойчивости по модулю вполне очевидна, Важность введения запаса устойчивости по аргументу объясняется тем, что фазовый сдвиг между выходным и входным напряжениями усилителя п цепи ОС зависит от соотношения между активными и реактивными сопротивлениями цепей, которые известны с некотоРым разбросом и возможным изменением в процессе работы. Кроме того, иногда заметную роль играют малые параметры (индуктпвпости выводов, дополнительные шунтпрующие емкости) и распределенность параметров (особенно биполярных транзисторов), приводящая к образованию неминнмально фазовых сдвигов и пр. В области нижних частот дополнительные фазовые сдвиги вносят блокпровочиыс конденсаторы в цепях питания п,пр. Годаграф вектора Т(1)) должен находиться вне области Р1Ж5, прп этом только совместное увеличение модуля Тя в 1бхоаа раз и изменение аргумента грт на угол лк могут привести к границе 213 неустойчивости.
Рекомендуемые запасы устойчивости для устройств на дискретных элементах по модулю порядка х=9 дБ (2~' 2 раз) и по аргументу у=1/6, что отвечает углу л„=п/6= =30' (рис. 7.2а). Если усилитель выполнен в виде ИМС, то обычно исходят из запаса по аргументу у=!/4, что отвечает углу 45', не вводя запаса по модулю, т. е. принимая Х=О (рис. 7.2,б), У рассчитанной цепи ОС на основе Х=О, у=1/4 при у=1/6 образуется все же запас по модулю 6 ...
7 дБ, что оказывается достаточным. Т.з. ОБеспечение устОичиВОсти КЗ.!. УСТОЙЧИВОСТЬ ПРН РАВНЫХ И НЕРАВНЫХ ЧАСТОТАХ ПОЛЮСОВ ПВРВДАТОЧНОЙ РУНКЦ77И Общая ОС может охватывать несколько каскадон, а так как передаточная функция любого (в том числе и самого простого) резпсторного каскада содержит в области верхних частот по крайней мере один, полюс, то число полюсов обычно оказывается не меньше числа каокадов. Если ОС охватывает один каскад (при Т(р) с одним полю- сом), проблема обеспечения устойчивости не возникает: фазовый сдвиг в данной области ограничен, что видно нз рпс.
2,5 при за- мене в нем 7р на 7рт, В общем случае и одинаковых полюсов (с равными частотами) Т (! /) —. Т/(1 + ! /7/,)"; <р, =- — и агс1д (///р); — (д(грг/и) = ///р, Т (/) — —, (7,5) !)l (+(/1/ !а !" [)7л(+(Ка(луг Гп) )" Т (/) = — — Т соз'(фт/п). (7.6) Применительно к частоте обхода /„ Верхних частот, соответствуюшей точке !7 на рис. 7,2, Т(/,) =Тсоз" грг(/„)7п. (7.7) Вводя в (7.6) запасы устойчивости по модулю х и по аргументу у, приходим к обшему выражению для максимально допустимой глубины ОС Е~пал 1+Твал -1+ ааа» а !О ' ~» гваа ! (ВО'(! — у)7п! Результаты расчета максимально допустимой глубины ОС для различного числа полюсов функции Т(р) и принятых запасов устойчивости (табл.
7.!) показывают, что Т „, уменьшается с увеличением числа полюсов (иногда совпадаюшего с числом кас. халов функции т(р). Другим способом обеспечения устойчиностн миогокаскадного усилителя, у которого Т(р) содержит большое число полюсов, яв. 2(4 Таблица 7.1 Зависимость мансимально допустимой глубины ОС Рщьх от числа полюсоа л функции Т(р) 0 л=4 л= 2 л=! л в х, дв 1/6 6,28 1,72 2,33 1/4 7,82 3,83 3,09 (7.10) (7.11) 216 ляется выбор неравных частот полюсов. Используя соотношения (7,6) — (7.8), можно образовать систему следующих уравнений: 1 Тюля=)+Ттах 1+ оввх (7.9) ! О соа йгт сов йга соа гаа,.
! ф, ! = ! ф + фа+ ф,... ! = 180' (1 — и) ! / //рт = ! !ьлфт ! /~//ля = ! (ьлфх ! /~//ли= ! !ьлфа !". При этом на любой частоте / Т (/) = Т соз фт (/) соз гра (/) соз фа (/)...; (7. 121 ф,(/) = агой (///лт), фх (/) = агс(д(///лх), фа(/) = агс(Я (Ям),..., (7,13) где Т=Т(0), а в предельном случае Т=Т, . Рассмотрим два устройства, передаточная функция Т(р) которых содержит два и три полюса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
