Гусев - Электроника (944138), страница 50
Текст из файла (страница 50)
+Р„( т,'„+т',„+ .. т„'„ (р чр ~р + +р ~тг ьг" .гг (4.20) Коэффициент гармоник предсгавляет собой корень квадратный из отношения мощностей всех высших гармоник выходного сигнала, появляющихся в резульгате нелинейных искажений, к мощности первой гармоники: (4.2 1) где Є— мощность п-й гармонической составтяк>щей выходного сигнала; Г„, 1„— амплитуды напряжений и тока п-й гармонической составляющей выходного сигнала. ззз 8 Зкккз М Шбб Е 4.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСИЛИТЕЛЯМ Обратной связью (ОС) в усилителях называют явление передачи сигнала из выходной цепи во входную. Электрические цепи, обеспечивающие эту передачу, носят название це не й обратной связи.
Структурная схема усилителя, охваченного ° ОС, приведена на рис. 4.5. В нем выходной сигнал усилителя 1 (в виде напряжения 11„„„или тока 1,„„) через цепь обратной связи 2 частично или полностью подается к схеме сравнения. В ней происходит вычитание (или сложение) входного сигнала 11,„или 1,„и сигнала ОС 17., или 1а,. В результате этого на вход усилителя поступает сигнал, равный разности или сумме входного сигнала и сигнала образиной связи. Петлей обратной связи называют замкнутый контур, включающий в себя цепь ОС и часть усилителя между точками ее подключения.
М е с т н о й обратной связью (местной петлей обратной связи) принято называть ОС„охватывающую отдельные каскады или части усилителя, а о б щ е й обратной связью — такую ОС, которая охватывает весь усилитель. Обратную связь называют отрицательной, если ее сигнал вычитается из входного сигнала, и положительной, если сигнал ОС суммируется с входным. При отрицательной ОС коэффициент усиления уменьшается, а при положительной — увеличивается, Из-за схемных особенностей усилителя и цепи ОС возможны варианты, когда обратная связь существует либо ~олько для медленно изменяющейся составляющей выходного сигнала, либо только для переменной составляющей его, либо для всего сигнала.
В этих случаях говорят, что обратная связь осуществлена по постоянному, по переменному, а также как по постоянному, так и по переменному токам. В зависимости от способа получения сигнала различают обратную связь гю напряжению (рис. 4.6,л)в когда снимаемый сигнал ОС пропорционален напряжению выходной пепи; обратную связь по току (рис. 4.6,б), когда снимаемый сигнал ОС пропорционален току выходной цепи; комбинированную ОС (рис. 4.6,в), когда снимаемый сигнал ОС пропорционален как напряжению, так и току выходной цепи.
По способу введения во вход- ную цепь сигнала обратной связи 1гнх различают: последовательную схессят 1ат му введения ОС (рис. 4.7,а), когда 2 напряжение сигнала ОС суммиру- ется с входным напряжением; паРнс. 4.К СвРУктУРнаа схема раЛЛЕЛЬНуЮ СХЕМУ ВВЕдЕНИя ОС усилителя, охааяснньчо обратной связью. (рис. 4.7, б), когда ток цепи ОС З вЂ” ус ллвсль, Я - асаь абрст аа св в СУММИРУЕТСЯ С ТОКОМ ВХОДНОГО СИГ- 226 »и а) б) б) Рис 4 6. Схемы обратной святи си»пал который снимается: по наььрявсениьо (и); по току ьб); комбььньсроваььно ье) Из рис. 4.5 видно, что ()ь = (7,„+ с)„,; ().с= )(7.„„ (ь,„„= Кб ы (4.24) ссс, й (;» сес 1 ссес овс Рис. 4.7 Схемы ввепения с»пивнов ОС ь« 227 нала; смешанную схему введения ОС (рис. 4.7,в), когда с входным сиыьалом суммируются ток и напряжение цепи ОС. Для количественной оценки степени влияния цепи обратной связи используют козффициепт обратной связи у, показывающий, какая часть выходного сигььала поступает на вход усилителя.
В общем случае у=Р„.)Р,„„. Однако значительно чаще у определяют как отношение напряжений или токов: (4, 22) причем прн рассмотрении обратной связи по напряжению индекс и обычно опускаешься. Рассмотрим, как изменяются основные параметры усилителя, охваченного обратной связью. Коэффициент усиления. Для простоты и наглядности будем считать, что фазовые сдвиги в цепях усилителя и обратной связи отсутствуют. Цепь положительной обратной связи охватывает весь усилитель (см, рис. 4.5). Сигнал обратной связи пропорционален выходному напряжению (обратная связь по напряжению). Козффициесгт усиления усилителя, охваченного такой цепью ОС, К„= (/,„„)(),„.
(4.23) где К вЂ” коэффициент усиления усилителя без обратной связи. Тогда (4.23) можно переписать: К„,=КО,)(~, — ~;,) = К(У„((2, — Ку~,) = К)(1 — Ку). (4.25) Произведение Ку называют пстлевым усилением, а (1 — Ку) — 1лубиной обратной связи. Так как входной сигнал и сигнал обратной связи суммируются, то в рассматриваемом случае имеет место положительная ОС. Она увеличивает значение коэффициента усиления усилителя. Значение петлевого усиления при положительной обратной связи согласно (4.25) ограничено условием Ку< 1. (4.26) При Ку>1 усилитель теряет устойчивость и не может рассматриваться как усилитель, так как выходной си~пал перестает быть однозначно зависимым от входного сигнала (первое условие потери устойчивости).
При этом возможны возникновение автоколебаний, когда выходное напряжение мало зависит от входного сигнала и периодически изменяется с какой-либо частотой, или появление триперных «эффектов», при которых усилитель скачкообразно переходит из одного устойчивого состояния в другое при определенном уровне входного сигнала. Сущность этих режимов заключается в следующем: если Ку>1, то любой малейпзий входной сигнал, вызванный наводками или колебаниями параметров активных элементов, усилится и вернется обратно на вход усилителя.
Причем значение этого пришедшего сигнала равно (Ку=1) или больше входного сигнала. Суммируясь с ним, он вызывае~ появление большего выходного сигнала, который, в свою очередь, снова суммируется с входным и вызывает дальнейшее увеличение выходного сигнала. В итоге любой малый входной сигнал, возникший в линейной усилительной цепи, охваченной положительной ОС, вызовет появление выходного сигнала, значение которого стремится к бесконечности. В реальном усилителе такое усиление невозможно из-за ограничений, наступающих при каком-то значении выходного сигнала. В результате будет не «бесконечно» большое усиление, а появятся незатухающие атоколебания или на выходе будет максииальное напряж'ение, которое может появиться в усилителе. Форма автоколебаний зависит от характера и параметров цепи обратной связи и коэффициента петлевого усиления.
Так как сигнал обратной связи суммируется с входным сигналом, т. е. фазовый сдвиг между ними равен нулю. то можно сформулировать вгорое условие возникновения авгоколсбаний: фазовый сдвиг, вносимый усилителем и пенью обратной св.чзн, должен быть равен О' на частоте автоколебаний. Таким образом, если на какой-то част оте выполняются условия !Ку~ >1 и ьз=О', то усилитель потеряет устойчивость. 228 Так как положительная обратная связь ухудшает характеристики усилителя, в усилителях измерительных устройств в основном использузот отри!)ательнузо обратную связь. Применение отрицательной обратззой связи обеспечивает: повышение стабильности коэффициента усиления при сменс активных компонентов, изменении напряжений питания н т.
д.: расширение полосы пропускания усилителя; уменьшение фазового сдвига между выходным и входным напряжениями; снижение уровня нелинейных искажений и собственных помех, возникающих в той части усилителя, которая охвачена отрицательной ОС. Для количественной оценки действия цепи обратной связи проанализируем стабильность коэффициента усиления усилителя с ОС. Для этого продифференцируем выражение (4.27), учитывая, что в общем случае изменяются и коэффициент обратной связи у, и коэффициент усиления усилителя К: г к 0 + к у ) к у г к к а у ! б к ( 4 —, бК вЂ” — --; оу. 4.28 (!+к))' (),-кт)' (! ! Ку)' Относительное изменение коэффициента усиления получим, разделив обе части выражения (4.28) на (4.27): с)К„1 К К., К(1 ~-Ку) (1-'; Кт) оК вЂ” бу.
(4.29) Учитывая, что в большинстве случаев применения отрицательной обратной связи Ку»1, выражение (4.29) преобразуем к виду 4К., 1 4К йу К„ 1~-Ку К у (4. 30) Таким образом, относительное изменение коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной ОС, вызванное относительным изменением коэффициента усиления самого усилителя, уменьшастся в 1+Ку раз. Колебания параметров Если зти условия выполняются только на одной частоте, то сигнал автоколебаний будет иметь синусоидальную форму. Когда условия самовозбуждсния выполняются в полосе частот от азь до аз„причем аз„> О, то выходной сипзал имеет несинусоидальную форму.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
