Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 36
Текст из файла (страница 36)
является запасом по фазе, н значения 20(й К(м1) н 20 1п К(вт), соответствующие пересечению фазовой характеристики гв Рнс 533 ЛАЧХ и ФЧХ устойчивого усилительного устройства, соотмтствую- юяе годографу Игг((ю) с уровнем ф= — я, являются соответствующими запасамн по модулю. Для получения требуемых запасов устойчивости по модулю и фазе для логарифмических характеристик необходимо выполнение следующих условий: 20 !я К(м,);>+ Н: аО)дй( )< — И; (5.43) р(м)>т . Следовательно, при заданных запасах устойчивости по модулю и фазе на логарифмических амплитудной и фазовой характеристн.
ках всегда можно определить области, в которые зти характеристики не должны заходить. Следовательно вопрос устойчивости решается без нахождения точного решения исходной системы дифференциальных уравнений путем соответствующего выбора вида логарифмических характеристик. Пример $,И, Усилительное устройство онисмаается передаточной функцией вида щ (р)= Кое (159 !О лр+1)(! 59 10-ар+1)(0 159 10-ар+1) Определить значение Коз из условия получения запаса устойчивости но модулю, равного !Одп. и соотвегствуюнгнй данному случаю запас устойчивости по фазе 1УУ Решение.
!. Г)предании значение частоты ыь дла которой суммарный Фазовый сдакг достигает 180'. Длн етого, согласно (5.18). запишем уран. пенне -!80' — агс(8 ызТ, — агс!8 ысуз — эгс!2мьТз — агс(6 (юе 15,9 10-') — агс(6 (ые 1,59 ° 10-з)- агс(6 (ыь 0,159. 10-'). Численное решение данного уравнения дает заачеане ыг 670н.
2. Найдем значение Ксь соотаетствующсе и, вз. Двя этого согласно вы- ражению (5.17) можно записать О-2018К 20!87!+<т,,>~-2018у!+(ТЮЬ)Т-20!87!+(Т,,)г нлн 20 18 Кио~" 20 18 (Т~вз) +20 18 (Тгмз). Здесь было учтено, что ТызьЗь1, ТгызЬ1, 7'газ< 1; 20 18 Кзе=2016 (15 9 ° 10 з ° 670н)+20 18 (1 59 ° !0"з. 676и) с~41 дБ, 3.
Искомое зкачение Киь,г равно Коь т Ког-77, 41 — !о Я1дБ. 4. ЛАЧХ, соотаетстауюшаа рассматриваемому случаьь приведена на ри . 5.84. 5. Так как частоты среза в„ дли которой )%7(р)! 1, лежит па участке с наклоном-40дБ(дек, значение ы, можно определить нз вмраження И -4018 — "'; ьс 670к 10=40!8 —. чс Отсюда ючю880и. Значение ыс<2000и, н е. дейстннтееьно лежит иа аснмптоте с наклоном !О дБ/дегс Рнс. 5.54.
ЛАЧХ усилительного устройства 6. Запас пе фазе в соответствие с (5 18) равен Т » л †(ег») и†агс!2 (и»Тд) — агс!8 (еьгг) — агс(8 (ет»Т»)- ° 180' — агс!2 (15,9 10-» 380л)— — агс!8 (1,59.! О-' 380л) — агс !2 (0.159 10-'380л) 180' — 66,98' — 62,22' — 10.75' м 20'. 3.9. СВЯЗЬ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТНК С ПАРАЫЕТРАМИ )ГСИЛИТЕЛЯ При проектировании усилителей предъявляются требования к качеству его конструктивных и электрических показателей.
Первые определяют массу и объем устройства, гго стойкость к внешним механическим воздействиям„собственное тепловыделеиие и т. и, Вторые — включают условия обеспечения заданного качества преобразования электрической энергии. К иим, в первую очередь, относятся все основные характе(иктнки, рассмотренные в $ 5.2. Строго !оворя, обе выделенные груинм параметров до известной степени не являются независнмымн н можно выделить их взаимное влияние. Так, при использовании мс!вдов современной технологии (интегральной н гибридной) масса и объем усилителя в конечном счете определяются его собственным тепловыделением, т. е.
его КПД. Как будет показано н гл. 6, повышение КПД усилителя связано с выбором соответстяуюи!Ого режима работы его полупроводниковых элементов. Особенно это касается мощных выходных каскадов усилительного устройства, для которых повышение КПД связано с повышением нелинейных искажений усилителя, т. е. с ухудшением качества преобразования электрической энергии. Добиться в этом случае требуем<им качества выходного напряжения можно, используя цепи ОС, т. с. воздействием иа внд частотной характеристики усилителя. Рассмотренный пример показывает, что практически все характеристики усилителя до известной степени связаны. В $ 5.2 было показано, что улучшение практически всех электрических показателей усилителя можно достичь путем направленного изменения частотной характеристики устройства.
Приведенный в 99 5.3 н 5.4 способ математического описания усилительных устройств показал, что если задана частотная характеристика усилителя, вопрос о синтезе его структуры решается на основе известных методов (см. $5.5). Таким образом, главным вопросом проектирования любого усилительного устройства становится вопрос получения его частотной характернстняи. Ранее было показано, что собственные параметры полупроводниковых элементов, являющихся основой любого усилятеля, силь- 179 но зависят от )слоанй эксплуатации, в частности от температуры, времени старения, величины н стабильности напряжения питания и др.
К тому же онн достаточно сильно изменяются от одного экземпляра к другому, поэтому, если не применять специальных мер, все основные параметры усилителя также будут зависеть от этих параметров. Следует отметить, что. ьак правило, большинство используемых источников входного сигнала усилительных устройств имеют высокоомный выход, т. с. не допускают получения большого выходного тока. Прн применении во входных каскадах усилительного устройства биполярных транзисторов. которые принципиально управляются током и поэтому обладают небольшим входным сопротивлением, ватник аст вопрос о согласовании параметров источника сигнала н усилителя.
Возникают также 1рудностн с согласованием усилителя с нагрузкой. Выходное сопротивление транзисторного усилителя обычно существенно больше сопротивления нагрузки. Это препятствует получению высокого КПД усилителя, т. е. приводит к ухудшеняю его массо-объемных показателей В $5,7 отмечалось, что основные свойства усилителя (как преобразователя электрической энергии) можно направленно изменять путем ввсденин испей ОС, При этом можно использовать как честные, так н общие цепи ОС. Использование цепей общей ОС (по сравнению с цепями местной ОС) позволяет получить более ~ростые схемотехнические решения усилителя. К тому же проек"ирование усилителей в настоящее время базируется иа исцоль~овании готовых нн~егральных схем — операционных усилителей, выведение в таюн усилители цепей местной ОС.
как правило, ~е предстаалястсч возможным. Поэтому ао всех случаях предпочение следует отлавать использованию цепей общей ОС. При проектировании усилителя обычно задаются не жесткие качения всех его основных параметров, а ограничения на часть з ннх. Так, например, для усилителя, предназначенного для исользовання в цепях каких-либо измерителей, жесткие требования редъявляются к стабильности коэффициента передачи, который епосредствсяно определяет погрешность проводимых измерений, 1 то же время требования к его другим параметрам носят харакер ограничений (например, Я„ъР„„„, Р„,„.~И чп н т.
д.). этом случае всегда можно найти тнп н необходимую глуппу ОС, обеспечивающую указанные выше требования к параетрам устройства, Сказанное касается н остальных параметров :илнтеля, таких, как коэффициенты нелинейных и частотных исажений, полоса усиливаемых частот н др. Как было показано в $5.8, существует однозначная связь н ежду параметрамн переходного процесса в усилителе, его устой- чнвостью н видом частотной характеристики. Подробшч р.юьнм ренне этого вопроса выходит за рамки настоящего учсбшпш. Оо достаточно подробно рассмотрен в (7].
С учетом сказанного для синтеза усилителя с заданцымн паря чеграчн можно использовать слепуюиую методику. Методика проектнровання уснлительного устройства с иснользованнем ЛАЧХ. 1. По заданной полосе вропускания в соответствии с опрея<' леннем, данным в й 5,2, находят поло. кение горн-,онтальной аснмптоты ЛАЧХ усилителя. 2. По заданночу коэффицкенту усилсння определиот уровень горизонтальной аснмптоты ЛАЧХ, 3, Если задан коэффициент подавления частот, не входящнх в полосу пропуслання уснлнтеля, определяют требуемые наклоны аснмптот, находящихся вне полосы пропускання усилителя.
4. Из условия устойчивостн и требований к качеству переходных процессов, формируют внд ЛАЧХ в диапазоне частоты срез», т. е. частоты, для которой К(м) пересекает ось частоты. 5. Выбирают элементную базу (операционный уснлнтель, полупроводннковые элементы и т.
и.) н схемотехнические решення, на. правленные на получение заданных энергетических показателей усилителя. б. Для выбранных элементной базы н схемотехнических решений определяют основные параметры усилителя (входное и выходное сопротивления, коэффипнеиты нелинейных и других нскажсннй, полосу уснлнваемых частот, коэффициент уснлення н т. и.). 7. Если некоторые параметры усилителя ие соответстнуют з»- данным, то в соответствия с выражениями, полученными н В 5.7, определяют требуемый тнп н глубину обратной связи, псобходнмой для получения требуемого качества выходного параметра устройства. 5. В соответствии с полученным зпаченнем гл)бины ОС корректируют внд частотной характеристики уснлнтсля и проводят коррекцию выбранных элементной базы н схемотехническнх решений отделькых его узлов, 9.
Определяют разлнчне между необходнмой для обеспечения заданных свойств н полученной частотными характеристиками, а затем. в соответствнн с рекомендациями $ 5,6, находят требуемые цепи коррекция. Приведенная выше методика является основой для проектнрования уснлнтельного устройства по заданным характеристнкам. Пример ее конкретного использования будет рассмотрен ниже, после описания типовых схемотехнических решений узлов усилнтеля. !81 Контрольные вопросы 1, В чем состоит принцип использования управляемых нелинейных элементов для усиления электрических сигналов? 2. Какие существуют структурные схемы усилительных устройств? 3.
По каким признакам классифицируются усилительные устройства? 4. Что такое нормированная амплитудная частотная характеристика? 5. Как определить суммарный коэффициент усиления усилительного устройства, если коэффициенты отдельных каскадов выражены безразмерными величинами или в децибелах? 6. Чем отлпчаются амплитудные частотные характеристики усилителей постоянного н переменного токов? 1, Какие искажения усиленного сигнала Вы знаете н в чем причина их появления? 8. Что такое передаточная функция усилительного устройства? 9. Как из передаточной функции получить годограф усилительного устройства? 10. Поясните почему ЛАЧХ н ФЧХ усилительного устройства могут быть построены суммированием соответствующих характеристик типовых звеньев.
11. Как по схеме усилительного устройства получить его ЛАЧХ и ФЧХ? 12. Что такое обратная связь в усилителе? 13. Какие виды обратной связи Вы знаете? 14. Как влияют различные виды цепей обратной связи на абсолютную и относительную величины коэффициента усиления усилителя? 15, Как изменяется полоса нропускания усилительного устройства при введении различных цепей обратной связи? 16. Объясните каким образом введение цепей обратной связи влияет на яскажения выходного сигнала усилителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
