1629216643-4191d351b78f7037da79c6d0fc355cfb (845978), страница 8
Текст из файла (страница 8)
ПустьU нос = K u (U г − U ос ) = U н − γ u K uU нос .осЗаменив U н на U ни , U нос на U ни, получимососU ни= U ни − γ u K uU ни.ИлиосU ни=U ниU= ни .1 + γ u KuFВ усилителе с ООС уровень нелинейных искажений меньше,чем в усилителе без ОС в F раз. Использование ООС позволяетувеличить динамический диапазон для входного сигнала при заданном коэффициенте нелинейных искажений.Влияние ООС на линейные искажения найдем, основываясьна обобщенной формуле для коэффициента усиленияK ос ( p) =K ( p),1 + γ K ( p)60где γ — коэффициент передачи цепи ОС, K ( p ) для малых времен(высших частот) и больших времен (низших частот) соответственно следующие функции:K ( p) =Kp τн, K ( p) = K.1 + p τэкв1 + p τнПодстановка K ( p ) для высших частот дает:K ос ( p ) =K⋅1 + p τ экв 1 +1K.=γK1 + p τ экв + γ K1 + p τэквТаким образом,K ос ( p ) =K осK1⋅=,1 + γ K 1 + p τ экв1 + p τосэкв1+ γ Kτ экв2,2 τ экв tфрос= 2,2 τос=.
Длительность фронта tфрэкв =FFFуменьшается по сравнению с усилителем без ОС в F раз.Fωос1Верхняя граничная частота f вос = в === fн Fос2π 2π τэкв 2π τ эквувеличивается в F раз.Подстановка K ( p ) для низших частот дает:где τосэкв =K ос ( p ) =K p τн1K p τн⋅=.1 + p τ н 1 + γ K p τн1 + p τн (1 + γ K )1 + p τнИлиK ос ( p) =Kp (1 + γ K ) τнp τосн⋅= K ос,1 + γ K 1 + p τн (1 + γ K )1 + p τоснгде τосн = τн F .
Относительный спад плоской вершины импульсаtиtδуменьшается по сравнению с усилителем безδос = ос= и =τFFτннОС в F раз.61Нижняя граничная частотаf нос =11ωосfн=== н.2π 2π τос2πτFFннуменьшается по сравнению с усилителем без ОС в F раз. Такимобразом, ООС уменьшает линейные искажения.3.3. Усилители с положительной ОС (ПОС)В усилителе с ПОС напряжения U г и U ос складываются. Найденные ранее формулы для ООС будут справедливы и для ПОС,если в них изменить знак коэффициента передачи цепи ОС.
Тогдакоэффициент усиленияK,K ос =1− γ K1 − γ K = F — фактор ОС. Относительная нестабильностьΔ K ос Δ Kпри F < 1 возрастает. Нижняя граничная частота=KFK осff нос = н возрастает, а верхняя граничная частота f вос = f н FFуменьшается. Следовательно, полоса пропускания усилителя сПОС Δ f ос = f вос − f нос сужается по сравнению с полосой пропускания Δ f = f в − f н усилителя без ОС.ПОС при γ K > 1 приводит к самобозбуждению усилителя —усилитель теряет устойчивость, превращается в генератор.3.4.
Параллельная ООС по токуРассчитаем коэффициент усиления по току K iос , входное соососпротивление Rвх, выходное сопротивление Rвыхусилителя с ОС,структура которого показана на рис. 3.2 при параметрах усилителябез ОС K i , Rвх , Rвых .62Рис. 3.2Ток нагрузки в отсутствии ОС I н = I K i , при включении ОС токI н = K i ( I г − I ос ) . Ток ОС пропорционален току нагрузкиRсвI ос = γ i I н , где γ i ≅— коэффициент передачи цепи ОС.Rсв + RосИтак, I н = K i ( I г − γ i I н ) илиIн = IгKi.1 + γ i KiТаким образом, коэффициент усиления по токуKiос =IнKi.=I г 1 + γ i KiПри большой глубине ОС, когда γ i K i >> 1, осуществляется стабилизация K iос в F = 1 + γ i K i раз по сравнению со стабильностью K i(аналогично усилителям с последовательной ООС по напряжению).UосВходное сопротивление Rвх= вх найдем при Rг = ∞ , так какI вхот сопротивления источника сигнала оно не зависит. ТогдаосRвх=U вхU вхU вхU вхU вх.====IгI + I ос I + γ i I н I + γ i K i I I (1 + γ i Ki )63Входное сопротивление без ОС Rвх =осRвх=U вх.
ПоэтомуIRвхR= вх ,1 + γ i K i F∞ нгде F∞ н — глубина ОС при Rг = ∞ . Таким образом, входное сопротивление с ОС в F∞ н раз меньше Rвх без ОС.осU ххнайдем при Rн = 0 , такосI кзкак от Rн выходное сопротивление не зависит. При холостом ходеос=Выходное сопротивление Rвыхосцепь ОС размыкается, поэтому U хх= U хх . Выходной ток при коротком замыканииKiIос= Iг= кз .I кз1 + γ i Ki Fг 0где Fг0 — фактор ОС при Rн = 0 . Итак,осRвых=U хх(1 + γ i Ki ) = Rвых Fг0 .I кзВыходное сопротивление увеличивается в Fг0 раз.Рассчитанный усилитель целесообразно использовать для передачи сигналов от источников тока (высокоомных устройств) всравнительно низкоомную нагрузку.3.5.
Последовательная ООС по токуоси выРассчитаем крутизну S ос , входное сопротивление Rвхосходное сопротивление Rвыхусилителя с ОС, структура которогопоказана на рис. 3.3. Крутизна усилителя без ОС S, входное и выходное сопротивления соответственно Rвх и Rвых .64Рис. 3.3Ток нагрузки можно представить следующим образом: I н = S U ,где U — напряжение на входе усилителя без учета ОС. С учетомОС I н = S (U г − U ос ) , где напряжение ОС U ос = I н Rсв . Итак,I н = S (U г − I н Rсв ) или I н =S Uг.1 + S RсвТаким образом, искомая крутизнаS ос =IнS.=U г 1 + S RсвПри большой глубине ОС, когда S Rсв >> 1, крутизна стабилизи1руется на уровне S ос ≅. Крутизна S ос будет стабильнее круRсвтизны S без ОС в F = 1 + S Rсв раз.UосВходное сопротивление Rвх= вх найдем при Rг = 0 , так какI вхUососот Rг сопротивление Rвхне зависит.
Тогда Rвх= г , где I вх опI вхределяется следующим образом.65I вхU − U ос= г=RвхUг −UгS Rсв1 + S RсвRвх=Uг1⋅.Rвх 1 + S RсвосТаким образом, Rвх= Rвх (1 + S Rсв ) = Rвх F0н , где F0н — факторОС при Rг = 0 .осU ххтак же, как и для усилиосI кзтеля с параллельной ООС по току, найдем при Rн = 0 .Опыт холостого хода приводит к разрыву цепи ОС, поэтомуосU хх = U хх . Ток короткого замыкания на выходе усилителяос=Выходное сопротивление RвыхосI кз= UгSI кзI== кз .1 + S Rсв 1 + S Rсв Fг 0ососи I кзнаходим искомое сопротивление:Подстановкой U ххосRвых= Rвых Fг0 .Понятием крутизны удобно пользоваться для усилительныхэлементов с большими Rвх и Rвых , например для полевых транзисторов.Итак, ООС по току увеличивает выходное сопротивление независимо от того последовательная эта ОС или параллельная.
Последовательная ООС увеличивает входное сопротивление независимоот того по напряжению она или по току.3.6. Параллельная ООС по напряжениюосРассчитаем передаточное сопротивление R ос , входное Rвхиосвыходное Rвыхсопротивления усилителя с ОС, структура которогопоказана на рис. 3.4. Передаточное сопротивление усилителя безОС R, входное Rвх и выходное Rвых сопротивления считаем известными.66Рис. 3.4Из определения передаточного сопротивления как отношенияUнследует, что напряжение на нагрузке усилителя равноIгU н = I R .
Введение ОС видоизменяет это напряжение U н == ( I г − I ос ) R . Ток ОС I ос пропорционален U н и обратно пропор1, илиционален Rос . Следовательно, U н = ( I г − γ U н ) R , где γ =RосR.Uн = Iг1+ γ RПередаточное сопротивлениеR ос =UнR.=Iг 1 + γ RПри большой глубине ОС, когда γ R >> 1,1R ос ≈ = Rос —γпередаточное сопротивление R ос совпадает с сопротивлением резистора Rос в цепи ОС.осВходное сопротивление Rвхнайдем при Rг = ∞ , так как от Rгоссопротивление Rвхне зависит. Тогда67осRвх=U вхU вхU вхR=== вх .I вх I + I ос I + I R γ 1 + γ RПередаточное сопротивление можно представить следующим образом:UU UR = н = н ⋅ вх = Ku Rвх .IU вх IПоэтому при γ R >> 1,осRвх≅Rвх Rвх ⋅ Rос Rос.==γRKu RвхKuосU хх.
ПриосI кзкоротком замыкании цепь ОС размыкается. Следовательно,осI кз= I кз . Напряжение холостого хода определяется так:I RUосU хх= г= хх .1 + γ R Fг∞Таким образом,RосRвых= вых .Fг∞ос=Выходное сопротивление по определению Rвых68Приложение 1Методы анализа и расчетаэлектронных схемРасчет электронных схем основан на известных из теории цепейзаконах Ома и Кирхгофа. Применяются метод суперпозиции (длялинейных схем), метод контурных токов, метод узловых потенциалов и другие.Для расчета статического состояния схем (установившихся режимов) законы Ома и Кирхгофа использутся в обычной форме.При анализе передачи гармонического сигнала используются законы, записанные в комплексной форме, а для анализа переходныхпроцессов — законы в обобщенной (операторной) форме.Расчет статических состояний сводится к совтавлению алгебраических уравнений (в общем случае трансцендентных) и их решению.Существенно сложнее анализ переходных процессов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
