2.6. З'єднання чотириполюсників

Для виконання найпростіших операцій оброблення електричних сигналів (фільтрування, підсилення, перетворення спектрів тощо) чотириполюсники з’єднують між собою. Ці з’єднання можна розглядати як більш складні самостійні чотириполюсники:

Рис. 2.14. Схеми з'єднань чотириполюсників

фільтри, підсилювачі, генератори, модулятори, детектори тощо. З таких функціонально самостійних чотириполюсників (їх називають елементами радіоелектронних пристроїв) проектують і виготовляють інтегральні мікросхеми. Останні, в свою чергу, теж можуть з'єднуватися між собою для утворення радіоелектронних пристроїв, таких як плеєр, музичний центр, радіоприймач, кольоромузична установка, радіопередавач. Нарешті, з'єднуючи окремі радіоелект­ронні пристрої, утворюють радіоелектронні системи, такі як, наприклад, радіолокаційна станція, система автоматичного зв'язку, електронні об­числювальні системи.

Властивості, параметри, характеристики всіх цих систем, пристроїв, каскадів (мікросхем) визначаються параметрами, характеристиками та способами з'єднання тих чотириполюсників, з яких їх складено. При цьому кожному способу з'єднання чотириполюсників відповідає своя система параметрів, за допомогою якої найзручніше аналізувати його властивості.

Два чотириполюсники можна з'єднати між собою одним із п'яти способів, показаних на рис. 2.14: послідовно (а), паралельно (б), послідовно-паралельно (в), паралельно-послідовно (г) і каскадно (д). Для повної характеристики новоутвореного чотириполюсника треба визначити його систему параметрів.

При паралельному з'єднанні двох чотириполюсників (рис. 2.14, б) цілком логічно висловити припущення, що в цьому разі доречніше скористатися системою Υ-параметрів:

(2.23)

Оскільки при паралельному з’єднанні чотириполюсників

(2.24)

стосовно цього з’єднання маємо

(2.25)

тобто Y-параметри підсумкового чотириполюсника є сумою Y-параметрів чотириполюсників, що входять до його складу. В матричній формі це записується коротко:

. (2.26)

Можна довести аналогічним способом, що цей висновок справедли­вий також для інших схем з'єднання чотириполюсників. Однак у разі послі­довного їх з'єднання (рис. 2.14, а) зручніше користуватися системою 2-параметрів, послідовно-паралельного (рис. 2.14, в) — системою H-параметрів, паралельно-послідовного (рис. 2.14, г) — системою G‑параметрів. При каскадному з'єднанні чотириполюсників (рис. 2.14, д) матриці параметрів знаходити складніше, але тут можна скористатися очевидним співвідношенням

К=К₁К₂ . (2.27)

2.7. Зворотні зв'язки в радіоелектронних колах

Крім прямої передачі чотириполюсником сигналів від входу до виходу в електричних колах може відбуватися також зворотна передача частини сигналу з виходу чотириполюсника на його вхід, яка називається зворотним зв'язком (33).

Рис. 2.15 Структурна схема негативного послідовного послідовного ЗЗ за напругою

За природою утворення 33 може бути:

● внутрішнім, зумовленим фізичною природою застосованих в електричному колі елементів (наприклад, транзисторів). Прикладом такого зв'язку є згадана вище провідність зворотної передачі сигналу Y₁₂. Внутрішні 33 можуть виникати через спільні кола, наприклад через кола живлення каскадів. Здебільшого ці зв'язки, якщо вони небажані, можна нейтралізувати, а в деяких випадках ними можна знехтувати;

● паразитним, який виникає внаслідок невдалої конструкції або невмілого користування радіоелектронним пристроєм. Прикладом такого зв'язку є передача частини сигналу з виходу на вхід пристрою через взаємну індукцію монтажних або з'єднувальних проводів, акустичний 33 у потужних підсилювачах між звуковими колонками та мікрофоном тощо;

● спеціально створеним із метою надання нових властивостей чотириполюснику (наприклад, утворення генератора) або зміни його характеристик і параметрів у бажаному напрямку. Такий зв'язок називають зовнішнім.

Залежно від фази сигналу 33 розрізняють позитивний 33, коли фази прямого та зворотного сигналів збігаються, і негативний, при якому фази цих сигналів протилежні.

Способи передачі сигналу 33 можна розглядати як відносно входу, так і відносно виходу чотириполюсника. До входу чотириполюсника сигнал 33 можна підводити послідовно або паралельно. Сигнал 33 на виході чотириполюсника може бути пропорційний напрузі або струмові основного сигналу. Отже, 33 може бути послідовним або паралельним, пропорційним струмові чи напрузі на виході чотириполюсника.

Таким чином, щоб однозначно визначити тип 33, треба вказати три його ознаки. Наприклад: 33 негативний, послідовний за напругою; 33 позитивний, паралельний за струмом.

Кожен тип 33 має свої властивості. Розглянемо як приклад негатив­ний послідовний 33 за напругою. Структурну схему такого зв'язку пока­зано на рис. 2.15, де позначено:

К = — коефіцієнт прямої передачі напруги чотириполюсником;

— коефіцієнт 33 за напругою.

За визначенням коефіцієнт передачі напруги схемою, складеною з двох чотириполюсників

(2.28)

її вхідна провідність

(2.29)

Величина 1 + βК називається фактором 33, а βК — петльовим коефіцієнтом передачі кола 33.

Таким чином, уведення в електричне коло негативного послідовного ЗЗ за напругою призводить до зниження коефіцієнта передачі напруги в 1 + βК разів і до зменшення вхідної провідності (збільшення вхідного опору) в ту саму кількість разів. Аналогічними викладками можна довести, що вихідний опір в цьому випадку зменшується, а коефіцієнт передачі струму не змінюється. Оскільки напруга 33 пропорційна вихідній напрузі, можна висловити припущення, що такий 33 стабілізує вихідну напругу.

Розглянемо два окремих випадки цього типу зв'язку.

1. Нехай β = 1, тобто весь сигнал з виходу чотириполюсника передається на його вхід. Такий зв'язок називають стовідсотковим. За умови К »1 маємо

(2.30)

Одержуємо чотириполюсник, який повторює сигнал за напругою і фазою, але має дуже великий вхідний опір і малий вихідний. Такий чотириполюсник називається повторювачем сигналу, або трансформатором опору.

2. Коефіцієнт передачі чотириполюсника дуже великий (наприклад, сучасний підсилювач на мікросхемі з коефіцієнтом підсилення К > 1000). Тоді

(2.31)

У такому випадку всі властивості чотириполюсника визначаються виключно властивостями кола зовнішнього 33.

Аналогічним чином можна проаналізувати властивості чотириполюсників, охоплених іншими типами 33, і з'ясувати особливості їх застосування в радіоелектронних пристроях.