Гусев - Электроника (944138), страница 51
Текст из файла (страница 51)
При выполнении условий потери устойчивости на нулевой частоте автоколебания отсутствуют и наблюдается появление триперного эффекта. Если усилитель или цепь ОС вносит фазовый сдвиг, равный 180', то входной сигнал и сигнал обратной связи вычитаются друг из друга: сз! =(з',„— ().„а ОС становится отрицательной. Коэффициент усиления усилителя с обратной связью К„= К)(1+ Ку). (4.27) цепи обратной связи существенно влияют па коэффициент усиления усилителя, поэтому к их стабильности предъявляют повышенные требования. В прецизионных усилителях ду стремятся слелать близким к нулю, Например, пусть усилитель имел параметры К= 10~„' у = 0,1; К„= 9,990.
В результате старения элементов и изменения напряжения питания коэффициент усиления усилителя уменьшился в два раза и стал К=5 1О~. Тогда относительное изменение коэффициента усиления всего усилителя — , = 1,996 10 ' 2.10 к„к(!з-кт) з ю'(!- з ю') з. е. коэффициент усиления изменился все~ о на 0,2'Ъ. Изменение в лва раза коэффициента обратной связи (у=0,05) приведет к изменению на 50;0 коэффициента усиления всего усилителя. Таким образом, если выполняется условие Ку» 1, то можно считать, что К„, почти не зависит от параметров усилителя и приблизительно равен: К„;! /у.
При положительной обратной связи относительная нестабильность коэффициента усиления увеличивается, так как 1)(1 — Ку) >1. Если цепь отрицательной обратной связи вносит небольшие фазовые сдвиги, то при Ку » 1 фазовый сдвиг усилителя существенно уменыпается и определяется в основном фазовым сдвигом цепи ОС. Пусть усилитель без ОС вносит фазовый сленг д,. Тогда коэффициент усиления усилителя К=Ке)е' — комплексный. Фазовый сдвиг, вносимый цепью ОС (<р ), во много раз меныпе фазового сдвига усилителя. Коэффициент усиления усилигеля с ОС при ~ Ку ~>>! кяуе К„=— --е у"'к (4.31) !+Кеда уете2 т При р 0 фазовый сдвиг, вносимый усилителем с ОС, достаточно мал и в первом приближении стремится к нулю. Рациональным подбором цепи ОС можно обеспечить необхолимый коэффициент усиления и требуемую стабильность его.
а также обеспечить нулевой или требуемый фазовый сдвиг выходного сигнала относительно входного. Выходное сопротивление усилителя сильно зависит от того, каким образом снимается сигнал ОС. Если он снимается по напряжению, то выходное сопротивление уменьшается, если по току — увеличиваезся. Для усилителя без ОС выходное сопротивление определяется из выражения Лб, „=У,„„Л1,„„. (4,32) ззо При подключении цепи ОС выходное напряжение начнет изменяться не только под влиянием тока нагрузки, но и вследствие изменения сигнала обратной связи на входе усилителя. Так, если отрицательная ОС снимается по напряжению, то изменение выходного напряжения Л1-|вы«ос=? вс-«1вы ~13«ывосуК откуда ?,„„„=Ь11, „„~Л1,„„=?ы,„„ф+Ку).
(4.33) Из (4.33) видно, что при использовании отрицательной обратной связи снятой по напрюкению выходное сопротивление усилителя уменьшается в 1+Ку раз. Отрицательная обратная связь снятая по току увеличивает выходное сопротивление. Значение его может быть найдено аналогичным образом. При отсутствии ОС выходной ток усилителя напряжения (см. рис. 4.6, б) (,ы„= ЛС.„„Я,.„+ ?„+ ?.,). Изменение сопротивления нагрузки ?„на — ЛХ„приведет к изменению выходного тока и изменению напряжения на выходном сопротивлении ?,„„+?„: Л1,ы„= Л(у,.„~(?...
+ ?.,). (4.35) При включении цепи обратной связи изменение тока Л1,„, приведет к изменению напряжения обратной связи ~1.~«с ~1выва«?оа (4. 36) Л(,„„„=МЗ„„„,/(? ы„+Л,)— — 1, „„?„уК~(?,,+?„+?„— с1?„). (4З7) Преобразуем это выражение, очи.тая, что ~ Л?„( << )У ы„+ + ?„+ ?„~: Л1,„,„,((+Ку?„,1(? „+?.,+?„))=13, „„,1(?,ы„+?.,), (438) или К.„„ьг. ~ вбы/ Если выполняется условие У„~У,,+?.„, то ?«„„„„=МЗ,„„.,/Л!,„„.«=У„„+?„,(1+Ку). (440) 23! которое, попадая на вход усилителя, вызывает изменение выходного тока: Таким образом, выходное сопротивление усилителя, охваченного отрицательной ОС по току, повьппастся. Его приращение в основном определяется сопротивлением Х„, с которого снимается сигнал обратной связи, и петлевым усилением Ку.
Если сам усилитель имеет малое выходное сопротивление х. „„- О и выходное сопротивление в основном определяется сопротивлением У,„., а 2„«/„, то можно считать, что введение отрицательной ОС сигнал который снят по току увеличивает выходное сопротивление в 1+Ку раз и Л„,„„ — 2,. (1 + Ку). Положительная ОС приводит к уменьшению выходного сопротивления, так как 1 — Ку меньше единицы и У„. (1 — Ку) <.с„. К анало~ ичным результатам можно прийти, анализируя не конкретный случай введения ОС в усилитель напряжения, а рассматривая усилитель тока, когда изменения выходного тока ЛУ, „„вызовут изменения тока обратной связи у,ЛУ,„„,„.
(при сигнале ОС снимаемом по току), что, в свою очередь, приведет к изменению выходного тока на К,у,гтУ,„„., Тогда выражение для общего изменения выходного тока запишем в виде Отсюда Х,„„. = О,„,У1, = ( сУ, + 1У„) У У, . Учитывая, что б'„= УУ, Ку, получим ~,„., = (У, (1+Ку) У?„= ~„„(1+Ку). (4.42) (4.43) 2Э2 У.,„„„=М1,„„„!Л!„„„„=2, „(! +К,у,). (4.41) Из выражения (4.41) видно, что в случае усилителя тока выходное сопротивление увеличивается в 1+Кд раз. Введение ОС широко используется для целенаправленного изменения выходных сопротивлений и позволяет реализовать усилители с очень малыми (сотые доли Ом) и очень большими (сотни — тысячи МОм) выходными сопротивлениями. При использовании отрицательной ОС снятой по напряжению усилитель приближается к идеальному источнику напряжения, выходной сигнал которого мало изменяется при различных сопротивлениях нагрузки.
Обратная связь по току стабилизирует ток нагрузки, приближая усилитель к идеальному источнику тока. Входное солуэотиаление зависит от способа введения во входную цепь сигнала ОС. При отсутствии ОС входное сопротивление определяется входными аапряжением и током усилителя. При у — О 2.„= 1У,УУ,. При последовательной схеме введения ОС входное со- противление Итак, последовательная отрицательная ОС увеличивает входное сопротивление в 1+Ку раз, а положительная уменьшает его в 1 — Ку раз.
При параллельной ОС входное сопротивление У,„„,= 0,„,~(), +У,„.). (4.44) Если ОС в отрицательная и напряжение ОС находят из выражения (7,„.= К(l,„у, то ток 1„, определястся внутренним сопротивлением цепи обратной связи У„: )„,=Я„„+КО„„у),,'ʄ— — (у,„(!+Ку)~'К., (4,45) Из (4.45) видно, что параллельная цепь ОС создает во входной цепи ток, значение которого определяется входным напряжением и сопротивлением цепи обратной связи Е„, уменьшенным в 1+ Ку раз. Входную проводимость усилителя с ОС определяют как 1 !У „„=Г, Л3',„+1„!(/,„= !!У.,„+(1+Ку) Х,. (4 46) Из (4.46) следует, что введение параллельной ОС эквивалентно включению параллельно входному сопротивлению усилителя дополнительного сопротивления 2„/(1+Ку).
В результате при отрицательной ОС входное сопротивление уменьшается. При больших Ку и малом У„„. входное сопротивление может составить десятые тысячные доли Ом. Таким образом, ОС позволяе~ управлять значением входного сопротивления и обеспечивать как достаточно высокие (десятки — тысячи МОм), так и очень малые (десятые — тысячные доли Ом) входные сопротивления. Рассмотренный случай, когда усиди~ель и цепь обратной связи не вносят фазовых сдвигов, значения которых зависят от частоты, является идеализированным. На практике цепь обратной связи может выполняться как частотно-независимой, так и частотно- зависимой. Если у не зависит от частоты, то ОС ч а с т о т н он е з а в и с и м а я. Если у = ! (сз), то ОС ч а с т о т н о - з а в и с и м а я.
Реальный усилитель всегда вносит дополнительные фазовые сдвиги, значения которых зависят от параметров компонентов и схемы усилителя. Они обусловлены наличием реактивных элементов в цепях усилителя и инерционными свойствами активных приборов. Поэтому в общем случае коэффициенты у и К вЂ” комплексные величины: К= Кс =К(со5 ф+угйп Ц)); у=ус!"=у(созф+7'в)пф). В этом случае коэффициент усиления усилителя определяют из уравнения (4.27), которое вследствие наличия фазовых сдвигов имеет более сложный вид; 2ЗЭ рта ьеи,)~ 'р' р) иег г) 2~:~ ив д иес: К, -зи р) Кис Ггь зп а) Рис. 4.8. Измснснис сигнала обратной связи нри измснснии частоты; е рнимеьанаи «ри И,-О б — рина е ььна р И,ЯОЗ вЂ” абра иаа санаь р И,=РО . ириски~а.ьнаи К(соз ср 3 у йп ср) (4.48) ʄ— ! -~- Кт (соа Оь — 2 ньп сз) (созе(ь Оуйп ь)а) 234 Таким образом, при изменении частоты К„изменяется по модулю и фазе, причем в большинстве случаев, если даже ОС частотно-независимая (з)з=0), а фазовый сдвиг усилителя в диапазоне рабочих часто~ близок к нулю или 180', дополнительный фазовый сдвиг, вносимый усилителем на достаточно высокой или низкой частоте, превышает 180'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
