Гусев - Электроника (944138), страница 78
Текст из файла (страница 78)
При этом высокочастотный канал обычно имеет единичный коэффициент усиления по напряжению, а низкочастотный может быть выполнен с непосредственными связями. ха и'' йх х а) Рис. 5.!а. Включение ОУ с подачей входного напряжения на неинаертнрующий (а) и инаергиругощий (й] яхолы; акаиаалентная схема ОУ с нняертирующилх входом (а) В реальном ОУ приходится учитывать конечное значение коэффициента ослабления синфазпого сигнала и наличие для него входного сопротивления. Так, ОУ (рис.
5.18, и) работает с синфазным сипьзлом, практически равным входному напряжению. Действительно, напряжение на неинвертирующем входе отличается от напряжения на инвертирующем на величину Л(l=((,„„(К„„, не зависящую от глубины обратной связи (выходное напряжение у дифференциального усилителя определяется разностью напряжений на его входах).
При К„„=10 и 1),„, .в=10 В потенциалы входов различаются на 1 мВ. Поэтому можно считать, что усилитель работает с синфазным входным сигналом, равным (l,„, которое вызывает К„ появление выходного напряжения с),„„= — ---'" (у'„„. Сле- вых () К )К вх' довательно, коэффициент усиления ОУ с учетом К„в равен (5.42) Так как К.„ меняется с частотой и при изменении напряжений питайия, то наличие этого члена приводит к частотной и амплитудной погрешностям К„ и затрудняег получение точного значения коэффициента усиления по напряжению. Входное сопротивление для дифференциального сигнала не может превысить входное сопротивление для синфазного сигнала.
В пределе, когда у= 1, имеем У,„.в=У„„а. При практическом применении следует учитывать, что х.,„в существенно уменьшается при увеличении частоты. При подаче входного напряжения на инвертирующий вход (рис. 5.18, б) удобнее использовать эквивалентную схему рис. 5.18,в. Это обусловлено тем, что при непосредственном использовании уравнения (4.27) не учитывается то, что из входного сигнала усилителя вычитается сигнал ОС. Эквивалентную схему строят исходя из следующих рассуждений. Входное напряжение (хм создает в сопротивлении ~,„=Я.„), '~,7()+ К,„). (5.43) Коэффициент усиления по напряжению найдем с помощью эквивалентной схемы с учетом изменения знака выходного напряжения: У...
К, = — К„„— — '" н, -у2,„ (5.44) При практическом использовании параметры сопротивления выбирают так, чтобы во всей полосе рабочих частот выполнялось условие 11вв ~~ ! ~2~ (1 + Кув)! (5.45) Тогда К,„= К,У(1+ К„„) и уравнение (5.44) примет вид к.А 15.46) ув у2~ (1в К ) Н 2у-уку Квву, Если (5.47) то К = — = в в т.у (5.48) Из (5.48) видно, что прн этой схеме включения коэффициент усиления К„зависит только от соотношения сопротивлений Ум Уу и не зависит от коэффициента усиления ОУ К„„.
Так как сйнфазное входное напряжение отсутствует, то значение К, стабильнее и может быть установлено точнее, чем в схеме рйс. 5.18,а. При этом параметры сопротивления Ук следует выбирать исходя из условий (5.45), (5.47) так, чтобы на верхней частоте полосы пропускания обеспечивалось их выполнение. з78 Лу ток 1у. Это ток разветвляется на два тока: 1,„и 1 . Причем значение 1„определяется входным сопротивлением ОУ для дифференциального сигнала, а 1,— сопротивлением Л, уменьшенным в 1+К„„раз. Последнее обусловлено тем, что усилитель инвертирует входной сигнал и разность потенциалов между выходом и неинвертирующим входом в 1+К„„раз больше потенциала инвертирующего входа.
Эквивалентное сопротивление, установленное на входе идеализированного ОУ, Как и в схеме рис. 5.18, а, разность потенциалов между входами ОУ достаточно мала. Поэтому в первом приближении считают, что потенциал инвертирующего входа равен нулю (виртуальный и> ль). Тогда входное сопротивление кя,дь гы хиг кз У У! При более строгом подходе У.„„=йт+Уя,, Рис. 5.!9. ЛАЧХ усилителя ВЫХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МОЖНО Оет ОС и с ОС Рлтисв определить с помощью формулы 'лусиитя (5.41), в которой у=У!!(У.,+Уг). Благодаря большей точности и стабильности параметров преобразования при создании высокоточных устройств схема рис.
5.18, 6 предпочтительнее схемы рис. 5.18, а. П ри введении ОС амплитудно-частотная характеристика усилителя зависит от параметров элементов цепи ОС. Так, если от=ге„и,г=Яг, а амплитудно-частотная характеристика ОУ без цепи ОС имеет вид рис. 5.19 с часто~ой среза ЛАЧХ оу, „то введение ОС с коэффициентом ОС у или уз приводит к уменьшению коэффициента усиления по напряжению и повышению в 1+К„„у раз частоты среза. Действительно, в рассматриваемом случае (5.49) К,„(уо>)= — ""---, к„„(о) ! >уел (5.50) где т=1/сверг. К„„(0) — коэффициент усиления на нулевой частоте. Подставив (5.50) в (5.38), получим (5. 51) Следовательно, для такого усилителя частота среза, определя- емая из условия 1=ау, '" (!-ь к,„(о)т)' (5.52) 379 увеличивается пропорционально глубине обратной связи и полоса пропускания расширяется.
Для усилителей с АЧХ, характеризуемых уравнением (5.50), справедливо утверждение о том, что произведение коэффициента усиления на полосу пропускания, определенную на уровне 3 дБ, — величина постоянная: К„ну, = сонм. Действительно, подставив К„ из (5.38) и ш„из (5.52), получим км !-ьк,„у к„„ К„ьое = — '" — — '" = — ""=сопки (5.53) Поэтому увеличение коэффициента усиления К„ приводит к сужению полосы пропускания, и наоборот. Полученный зависимости являются базовыми для анализа свойств электронных преобразователей, выполненных на основе ОУ а. й 5.7.
УСТОЙЧИВОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ И КОРРЕКЦИЯ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК Применяя обратную связь, можно получить требуемые параметры и характеристики у различных усилительных устройств. Однако ее введение всегда связано с опасностью потери устойчивости и возникновения автоколебаний (самовозбуждения усилителя). Самовозбуждение возникает как при неправильном выборе вида и номиналов компонентов цепей ОС, так и вследствие наличия у ОУ паразитных параметров, которые трудно учесть на этапе проектирования.
Ошибочность выбранной структуры и номиналов цепей ОС выявляется при теоретических исследованиях устойчивости. Самовозбуждения, обусловленные паразитными параметрами ОУ и цепей, которые к ним подключены, обычно устраняются экспериментально на стадии отладки макетного образца. Теоретические исследования устойчивости также нужны потому. что при малом ее запасе переходные характеристики усилителя с ОС значительно ухудшаются. Для ряда устройств это является недопустимым. Поэтому и с точки зрения оценки качества переходных процессов необходимо проводить исследование устойчивости. Известны различные методы анализа устойчивости усилительных устройств.
Однако в инженерной практике в основном используют метод логарифмических частотных характеристик. При исследовании устойчивости наиболее часто возникаю~ две самостоятельные задачи, Первая встречается при разработке конкретных усилителей, когда определена их структура, рассчитаны параметры всех элементов и необходимо проверить условия обеспечения устойчивости и качественно оценить переходный процесс при введении ОС требуемого вида и глубины. При этом сразу возникают вопросы коррекции параметров отдельных узлов схемы, выбранных из результатов предварительного расчета. ь При дальнейшем рассмотрении будем в основном использовать упрощенные уравнения.
звв Вторил задача возникает прн использовании готовых усилителей, чаще всего в интегральном исполнении. При этом обычно не известны номиналы всех элементов внутри усилителя, но характеристики его могут быть найдены из технической документации или определены экспериментальным путем. Хотя общая идея исследования устойчивости в обоих случаях остается неизменной, последовательность расчетов несколько изменяется. При решении первой задачи на стадии проектирования известны параметры всех компонентов схемы. Это позволяет составить уравнение передаточной функции усилителя, исследовав которую одним из известных в теории автоматического регулирования методов можно оценить, устойчив ли он, какие запасы устойчивости и каковы качественные показатели переходного процесса.
Однако даже в случае однокаскадного усилителя уравнение получается сложным„так что без применения ЭВМ соответствующий анализ занимает много времени. Поэтому обычно используют ряд приближений, позволяющих каждый усилительный каскад представить в виде нескольких независимых звеньев, включенных последовательно так, чтобы передаточная функция всего усилителя определялась произведением передаточных функций звеньев.
Для потребителей компонентов электроники более важно решение второй задачи, когда имеются готовые интегральные усилители и надо оценить устойчивость устройства, в ко~орое они входят. В этом случае по данным, имеющимся в технической документации, или результатам экспериментальных исследований можно построить логарифмическую амплитудно- частотную характеристику усилителя. При этом рекомендуется действовать следующим образом: после определения значений коэффициента усиления на разных частотах его выражают в децибелах и г.рафически строят ЛАЧХ. На полученной ЛАЧХ выбирают характерные прямолинейные участки, совпадающие с асимптотами, которые продолжают до взаимного пересечения. Точки их пересечения и дают частоты сопряжений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
