Надольский А.Н. Теоретические основы радиотехники (2005) (1151788), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

АЧХ и ФЧХ апериодического усилителя5.6.2. Резонансный усилительРезонансный усилитель используется для усиления узкополосных высокочастотных сигналов. Спектр усиливаемого сигнала сосредоточен вокруг егоцентральной частоты  0 , должен лежать в пределах полосы пропускания усилителя, причем эффективная ширина спектра  эф удовлетворяет условию эф   0 . Амплитудно-частотная характеристика таких усилителей обладаетопределенной избирательностью и подобна характеристике колебательногоконтура.

Поэтому в отличие от апериодического усилителя нагрузкой резонансного усилителя является колебательный контур. Именно эта резонанснаясистема обеспечивает необходимую избирательность резонансного усилителя.Функциональная и эквивалентная схемы резонансного усилителя приведены на рис. 5.9.абРис. 5.9. Функциональная (а) и эквивалентная (б) схемырезонансного усилителяРезонансный усилитель с колебательным контуром в качестве нагрузкиприменяется для усиления высокочастотных сигналов.

Поэтому при получениивыражения для частотного коэффициента передачи параметры входной цепи,оказывающие влияние на работу усилителя в области нижних частот, могут неучитываться.Эквивалентная схема резонансного усилителя (рис. 5.9,б) позволяет записать частотный коэффициент передачи подобно выражению (5.6) для апериодического усилителя:SU вх Z вых ( j )K ( j )    SZ вых ( j ) .U вхВыходной цепью данного усилителя является колебательный контур с нагрузкой. Частотный коэффициент передачи такой цепи равенR0R0,Z вых ( j ) Rэк1jQ1 jLкгде R0 – резонансное сопротивление контура;Rэк CкRRRэк  i н – эквивалентное сопротивление нагрузки;Ri  RнRQ  эк – добротность контура с учетом затухающего влияния сопротивления нагрузки (добротность нагруженного контура);  pQ  Q pСледовательно,K ( j )    Q 2  – обобщенная расстройка контура.рSR0K0e  jarctgQ  K ( )e j ( ) .1  jQ1  Q 2 2ЗдесьK 0  SR0 – максимальное усиление на резонансной частоте контура;K0K ( ) – АЧХ усилителя;2 21Q  ( )    arctgQ – ФЧХ усилителя.Иногда пользуются следующим выражением для K ( j ) :K0K0K0K0,K ( j )  Rэк 2 1  jQ1jэк1  j 2 Rэк p C1 jp pгде  эк  2 Rэк С – постоянная времени контура с учетом влияния сопротивления нагрузки усилителя.Характеристики резонансного усилителя представлены на рис.

5.10.Рис. 5.10. АЧХ (а) и ФЧХ (б) резонансного усилителяОпределим полосу пропускания усилителя на уровне 1 2 от максимального значения:pK011K 0 ; Q 2 2  1 ;  пр .2 2Q2эк1 Q Для улучшения частотно–избирательных свойств резонансного усилителянеобходимо использовать в его составе контур с большой добротностью.5.7. Линейные радиотехнические цепи с обратной связью5.7.1. Частотная характеристика цепи с обратной связьюРадиотехническая цепь, у которой выходной сигнал или часть его поступает на вход, является цепью с обратной связью. С одной стороны, использованиеобратной связи (ОС) позволяет в ряде случаев существенно улучшить характеристики цепи.

С другой стороны, обратная связь может привести к неустойчивости цепи. На этом основано построение различных автоколебательных систем. Обратная связь может быть полезной, создаваемой преднамеренно с цельюулучшения определенных характеристик, и паразитной, возникающей в силунеидеальности элементов цепи, что обусловливает возникновение нежелательных связей между ее выходом и входом.

Структурная схема цепи с обратнойсвязью представлена на рис. 5.11.Рис. 5.11. Структурная схема цепи с обратной связьюВ схему цепи с обратной связью входит основной элемент с частотным коэффициентом передачи K ( j ) и элемент обратной связи, в качестве которогообычно используют четырехполюсник с коэффициентом передачи  ( j ) .Классическими видами обратной связи являются обратная связь по напряжению или(и) току, параллельная или(и) последовательная обратная связь.Определим частотный коэффициент передачи цепи с обратной связью, неконкретизируя при этом, какая обратная связь реализована:UU 2U 2 U 21K oc ( j )  2 .U 1 U 3  U  U 3 U 2  U  U 2 1 K ( j )   ( j )ОкончательноK oc ( j ) K ( j ).1  K ( j )  ( j )Произведение K ( j )  ( j ) является коэффициентом передачи разомкнутой цепи обратной связи, а величина 1  K ( j )  ( j ) определяет глубину обратной связи.Полученное выражение для K oc ( j ) можно записать так:K ( )e j ( )K oc ( j ) 1  K ( )  ( )ej[ ( )    ( )].В зависимости от характера суммарного фазового сдвига  ( )    ( )различают положительную, отрицательную и комплексную обратную связь.Положительная обратная связьОбеспечивается при условии  ( )    ( )  2k , где k – целое число, т.е.при поступлении на вход основной цепи сигнала обратной связи в фазе с входным сигналом.

В этом случае eдачи равенj[ ( )   ( )] 1 и модуль коэффициента пере-K ( ).1  K ( )  ( )Как видно из полученного выражения, при 0  K ( )  ( )  1 модуль коэффициента передачи цепи с положительной ОС больше, чем у цепи без ОС. Этоочевидно из физических соображений: положительная обратная связь при данном значении K ( )  ( ) способствует увеличению энергии входного воздействия основной цепи. При K ( )  ( )  1 значение K oc ( ) увеличивается, и цепьс обратной связью приближается к границе устойчивости. При K ( )  ( )  1цепь с положительной ОС работает в неустойчивом режиме (в режиме самовозбуждения), что используется при построении автогенераторов.Отрицательная обратная связьОбеспечивается при условии  ( )    ( )  (2k  1) , т.е.

при поступленииK oc ( ) на вход основной цепи сигнала обратной связи в противофазе с входным сигналом. В этом случае ej[ ( )   ( )] 1 и модуль коэффициента передачи равенK ( )K oc ( ) .1  K ( )  ( )Отрицательная обратная связь уменьшает энергию входного воздействияосновной цепи, и модуль коэффициента передачи цепи с обратной связью в1  K ( )  ( ) раз меньше, чем у цепи без ОС.Если K ( )  ( )  1, то K oc ( )  1  ( ) , что соответствует глубокой отрицательной обратной связи. При этом коэффициент передачи цепи с ОС определяется только величиной  ( ) и не зависит от коэффициента передачи K ( )основной цепи. Данный факт широко используется для стабилизации коэффициентов усиления различных устройств.Реактивная и комплексная обратная связьРеактивнаяобратнаясвязьустанавливаетсяприусловии ( )    ( )  2k   2 , т.е.

при поступлении на вход основной цепи сигналаобратной связи с фазовым сдвигом относительно входного сигнала, равнымр 2 . В этом случае ej[ ( )    ( )] j и модуль коэффициента передачи равенK ( )K oc ( ) .221  K ( )  ( )В данном случае отрицательная обратная связь также может уменьшатьэнергию входного воздействия основной цепи, что приводит к уменьшению модуля коэффициента передачи цепи с обратной связью.При остальных значениях суммарного фазового сдвига  ( )    ( ) обратная связь будет комплексной.В общем случае величина суммарного фазового сдвига в цепи с обратнойсвязью зависит от частоты.

Поэтому характер обратной связи также во многомопределяется рабочим частотным диапазоном цепи.Таким образом, частотные свойства цепи с обратной связью зависят отK ( ) и  ( ) . При необходимости изменить какие-либо характеристики основной цепи с коэффициентом передачи K ( j ) можно, не изменяя структуры ипараметров этой цепи, ввести обратную связь с соответствующим коэффициентом  ( ) и получить требуемые характеристики цепи в целом.Рассмотрим целесообразность использования обратной связи.5.7.2.

Стабилизация коэффициента усиленияОпределим относительную нестабильность коэффициента передачи цепи собратной связью.Полагаем, что рассматриваемая цепь представляет собой усилитель, охваченный отрицательной обратной связью. Коэффициент усиления усилителя икоэффициент передачи цепи обратной связи в определенном диапазоне частотявляются действительными величинами, т.е. K ( j )  K и  ( j )   . Дляоценки нестабильности коэффициента усиления определим значение параметра,определяемого выражением   dK oc K ос и характеризующего относительноеизменение коэффициента передачи цепи с обратной связью:KK oc ;1  KdK oc (1  K )  KK1K11 oc.222dKKK1K1  K 1  K 1  K dK oc1 dK.K oc 1  K KТаким образом, относительное изменение коэффициента усиления усилителя, охваченного обратной связью, может сильно отличаться от относительного изменения коэффициента усиления при отсутствии обратной связи.

При этомесли обратная связь отрицательная, то относительная нестабильность коэффициента усиления уменьшается. Например, при K  1 относительная нестабильность падает в K раз. В данном случае коэффициент усиления цепи с обратной связью определяется только значением  , т.е. не зависит от нестабильности коэффициента усиления усилителя без ОС.Тогда5.7.3. Коррекция амплитудно-частотной характеристикиПрименение отрицательной обратной связи позволяет уменьшить относительное изменение частотного коэффициента передачи, т.е.

реализовать "выравнивание" АЧХ.Рассмотрим резонансный усилитель с частотным коэффициентом передачиK0K ( j )  .1  j экОхватив этот усилитель цепью частотно-независимой отрицательной обратной связи, получимK01  j экK0K ( j )K oc ( j ) .K01  K ( j ) 1  K 0   j эк11  j экТаким образом, АЧХ усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, определяется выражениемK0.Koc ( ) 221  K 0     эк На рис. 5.12 приведено семейство АЧХ с различными уровнями обратнойсвязи, т.е. различными значениями K 0  .

Из рисунка видно, что график АЧХцепи с обратной связью значительно ровнее, чем график АЧХ цепи без обратной связи. Выравнивание АЧХ цепи с обратной связью сопровождается снижением графика K ос ( ) , т.е. уменьшением коэффициента усиления, что являетсярезультатом действия отрицательной обратной связи.5.7.4. Подавление нелинейных искаженийНелинейность характеристик элементов цепи приводит к возникновениювысших (паразитных) гармоник в спектре преобразуемого сигнала, что являетсяпричиной нелинейных искажений. Внутренние шумы активных цепей, особенношумы выходного каскада в многокаскадном усилителе, представляющем собойпоследовательное соединение одиночных усилительных каскадов, также могутпривести к искажениям выходных сигналов. Оценим влияние обратной связи навеличину этих искажений.Рис. 5.12.

Характеристики

Список файлов книги