Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 3
Текст из файла (страница 3)
2.1.Усилитель с обратной связьюОбратная связь – передача части выходнойэнергии на вход усилителя или на вход одногоиз его каскадов.Цепь, по которой производится передача сигнала обратной связи, называется цепью обратной связи.Уровень сигнала на выходе цепи обратной связи может быть представлен напряжением Uос или током Iос обратной связи. Действие обратной связи(ОС) оценивается коэффициентом передачи цепи обратной связиb = Uос / Uвых, b = Iос / Iвых.(2.1)Коэффициент передачи цепи обратной связипоказывает, какая часть выходного сигнала, скаким дополнительным фазовым сдвигом подана на вход усилителя.2.1.
Классификация обратных связейОбратные связи подразделяются на определенные виды по различнымпризнакам: по причине возникновения, по роду тока и частотным свойствам,по знаку, структуре, по уровню коэффициентов передачи.По причине возникновения обратные связи могут быть внутренними,паразитными и внешними.20Внутренняя (естественная) обратная связь – это связь, возникающая засчет наличия внутренних цепей активных элементов (емкости анод – управляющая сетка, коллектор – база, сток – затвор).Паразитная обратная связь возникает за счет взаимодействия электромагнитных полей входных и выходных цепей усилителя.Искусственная обратная связь осуществляется введением специальныхцепей, обеспечивающих обратную связь, с целью изменения показателейусилительного устройства.Структура обратной связи определяется способом снятия сигнала обратной связи с выхода усилителя и способом подачи этого сигнала на вход.В зависимости от способа снятия сигнала обратной связи с выхода усилителя она может быть по напряжению, если Uос пропорционально выходному напряжению (рис.2.2, а), или по току, если Uос пропорционально выходному току (рис.2.2, б).Рис.
2.2. Способы снятия сигнала обратной связиПо способам подачи сигнала обратной связи на вход усилителя связьможет быть последовательной, когда складываются входное напряжение инапряжение обратной связи (рис.2.3, а), или параллельной при сложениивходного тока и тока обратной связи (рис.2.3, б).Рис. 2.3. Способы подачи сигнала обратной связи21Для определения способа снятия обратной связи достаточно проверить,при каком режиме она исчезает.
ОС по току исчезает в режиме холостого хода, а ОС по напряжению - при коротком замыкании выходной цепи. Для определения способа подачи обратной связи также достаточно проверить, прикаком режиме подачи входного сигнала она исчезает. Последовательнаясвязь исчезает при отключении источника сигнала, параллельная - при коротком замыкании источника сигнала.По роду тока обратная связь может быть по постоянному или переменному току.
По частотным свойствам обратные связи подразделяются на частотно - независимые, если в рабочем диапазоне частот коэффициент передачи цепи обратной связи постоянен и не зависит от частоты, или частотно –зависимые в противном случае.В общем случае коэффициент усиления усилителя, охваченный обратной связью, определяется выражениемКF=K ×e(j + j1+ b × K ×eос)(j + j ос ),(2.2)из которого следует, что входной сигнал имеет определенную фазу j и сигнал обратной связи также имеет свою фазу jос. Поэтому в зависимости соотношения этих фаз входной сигнал и сигнал обратной связи могут складываться или вычитаться.
При суммарном сдвиге фаз j + jос = p напряжениеобратной связи поступает на вход усилителя в противофазе входному сигналу, и такая обратная связь носит название отрицательной (ООС). Ее действиеприводит к уменьшению коэффициента усиленияKF=K.1 + bK(2.3)При совпадении фаз j + jос =2p напряжение обратной связи поступаетна вход усилителя в одинаковой фазе входному сигналу и такая обратнаясвязь называется положительной (ПОС). Под ее влиянием коэффициент усиления увеличиваетсяK.(2.4)K =F 1 - bKТаким образом, изменение коэффициента усиления, а также и всехдругих показателей при вводе обратной связи происходит в 1 ± bК или в (1±bК) раз.
СоотношенияF = 1 ± bК и F = (1± bК)(2.5)22носит название глубины обратной связи.Обратные связи, действующие в отдельных каскадах, называются местными (однопетлевыми), а охватывающие несколько каскадов, - общими.Под петлей обратной связи понимаетсязамкнутый контур от входа усилителя до узла подачи сигнала обратной связи.Также в зависимости от относительного значения коэффициента передачи b (b>1, b<1) обратная связь может быть активной или пассивной.Обобщенная классификация обратных связей приведена на рис.2.4.Рис. 2.4.
Классификация обратных связейОбычно по умолчанию принимается, что используется внешняя пассивная частотно-независимая обратная связь, что упрощает ее классификацию. Дополнение из принимаемых исключений производится по необходимости, а также при рассмотрении активных фильтров и генераторов электрических сигналов.232.2. Влияние обратной связи на основные параметрыВид применяемой обратной связи определяет ее реакцию на основныепоказатели усилителя. Основными используемыми видами обратных связейявляются параллельная по напряжению (y-типа), последовательная по току(z-типа), последовательная по напряжению (h-типа), последовательная потоку (g-типа).Цепи обратных связей также могут быть представлены соответствующими системами четырехполюсника (y, z, h, g).(2.6)Так как в большинстве случаев используется пассивная (b<1) и частотно-независимая обратная связь, ее входная и выходная проводимости выбираются много меньшими входной и выходной проводимостей усилителя, то вуравнениях четырехполюсника учитываются только параметр обратной связи (yос, zос, hос, gос).Решением данных систем уравнений являются значения параметров четырехполюсников с учетом влияния обратных связей (табл.2.1).ПараметрKUFKIFZвхFZвыхFYKuKI / FyZвх / FyZвых / FyТаблица 2.1Системы четырехполюсникаZHGKu / FzKu / FhKuKI / FzKI / FhKI / FgZвх / FgZвх× FzZвх× FhZвых / FhZвых × FgZвых × FzДанные таблицы показывают, что все обратные связи уменьшают(ООС) или увеличивают (ПОС) коэффициенты усиления.
При bK >>1, т.е.при очень глубокой ООС, можно полагать, что уровень усиления определяется только цепью обратной связи и от параметров самого усилителя практически не зависитK1(2.7)K == .F 1 + bK bОбратные связи изменяют значения выходного или выходного сопротивлений. Влияние обратной связи (ОС) на входное сопротивление зависитот способа подачи напряжения ОС на вход усилителя, а на выходное – от24способа снятия. Например, в схеме (рис. 2.3, а) входное сопротивление усилителя без учета влияния обратной связи Rвх=Uвх/Iвх.
При наличии ООС сучетом формулы (2.1) управляющее напряжение равноUвх+ Uос= Uвх×(1+ bK),(2.8)что дает в результатеRвхF = Uвх×(1+bK)/Iвх=Rвх×(1+bK) = Rвх×F.(2.9)Влияние обратных связей на выходное сопротивление можно найтианалогичным способом. Результаты определения выглядят в следующем виде. При обратной связи по напряжениюRвыхос= Rвых / (1±bK),(2.10)при обратной связи по токуRвыхос= Rвых ×(1±bK).(2.11)2.3. Влияние обратной связи на основные характеристикиОдной из характеристик является зависимость выходного напряженияусилителя от входного (кривая 2, рис.2.5), которая дает возможность определить пределы изменения входных сигналов, в пределах которых усилительпредставляет собой линейную систему.При введении последовательной ООС амплитудная характеристикацепи ОС (прямая 1, рис.2.5) представляет собой прямую линию с углом наклона, пропорциональным тангенсу коэффициента передачи цепи ОС 1/b.Рис.
2.5. Влияние ООС на амплитудную характеристику25Результирующая амплитудная характеристика (кривая 3, рис.2.5) получается сложением характеристик, так как управляющее напряжение равноUвх+ Uос. Она имеет меньший угол наклона, поскольку под действием ООСсогласно формуле 2.3 уменьшается коэффициент усиления.Обратные связи также оказывают влияние на амплитудно-частотную,фазо-частотную и переходную характеристики, что выражается в изменениикоэффициента усиления и уровней вносимых линейных и нелинейных искажений. Однако изменение усиления каскада под действием обратной связи ввиду непостоянства значения ее глубины происходит неравномерно в диапазоне частот.
Поэтому коэффициент усиления на краях диапазона повышается(при ПОС) или снижается (при ООС) в меньшей степени, чем в его середине.Соответствующий вид характеристик усилителя при воздействии обратныхсвязей приведен на рис.2.6. Коэффициент частотных искажений усилителяпри наличии обратной связи определяется формулойMF=M.1 ± bK(2.12)Рис. 2.6. Влияние ООС на амплитудно-частотную ифазо-частотную характеристикиДействие ОС на ФЧХ аналогично действию ее на АЧХ. Положительнаясвязь увеличивает фазовые искажения, а отрицательная уменьшаетDjо.с= Dj / (1+bK)(2.13)и ФЧХ становится более линейной.Применение отрицательных обратных связей позволяет повысить стабильность коэффициента усиления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
