3.2.2. Последовательная оос по напряжению

Структурная схема устройства с такой связью приведена на рис.3.3. В отличие от схемы рис.3.2 входное напряжение четырехполюсника ОС равно бесконечности. В схеме рис. 3.2 оно было равно нулю. Проводя опыты ХХиКЗ, убеждаемся, что обратная связь в схеме пропорциональная выходному напряжению т.к. при холостом ходе она существует, а при коротком замыкании- отсутствует. Согласно рис.3.3 четырехполюсник ОС со стороны входа имеет сопротивление равное бесконечности, а на выходе идеальный генератор напряжения. Такое устройство называется источником напряжения управляемого напряжением (ИНУН).

Из рисунка 3.3 следует, что при этом типе связи сигнал Х=Е_Г,Z=U_OC,Δ=E_Г-U_OC=ΔU,Y_OC=U_2OC. Тогда в соответствии с соотношением (3.1) определяющим коэффициентом передачи при данном типе связи будетK_UF(2):

Рис.3.3

K_UF(2)=U_2OC/E_Г=K_U/(1+K_Uβ_U),гдеK_U-коэффициент передачи напряжения устройства без обратной связи,β_U- коэффициент передачи напряжения четырехполюсника обратной связи.

Обозначая F₂=1+K_Uβ_U,глубину ОС второго типа, запишемопределяющий коэффициент передачи при этой связи:

K_UF(2)=K_U/F₂ (3.8)

Запишем отношение I_2OC/E_Г=K_YF(2)=(U_2OC/Z_H)/E_Г.

Согласно(1.1^/)K_U/Z_H=K_Y, тогда с учетом (3.8) получим

K_YF(2)=K_Y/F₂ . (3.9)

Следовательно, сопутствующимкоэффициентом передачи при последовательной ООС по напряжению будет эквивалентная проводимость передачи. Способом, повторяющим рассуждения при исследовании первого типа связи, убеждаемся, что два других коэффициента передачи при этом типе связи не изменяются:

K_IF(2)=K_{I ,} K_ZF(2)=K_Z.

Входное сопротивление (справа от вертикальной штриховой линии во входной цепи рис.3.3):

.

Поскольку U_OC=β_U U_2OC=β_UK_UΔU, то U_OC/ΔU=K_Uβ_U. Следовательно,

.

Объяснение причин увеличения входного сопротивления устройства такое же, как и при первом типе связи.

Выходное сопротивление, слева от вертикальной линии в выходной цепи рис.3.3, найдем с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания.

Согласно рис.3.3 при опыте ХХобратная связь существует, поэтомуU_2OC(XX)=μ[E_Г-U_OC(XX)],гдеU_OC(XX)- напряжение на выходе при холостом ходе (Z_Н=∞). При опытеКЗобратная связь отсутствует, поэтому ток короткого замыкания на выходе будетI_2OC(КЗ)=μE_U/Z_ВЫХ.Тогда

Устройство кроме коэффициента передачиK_U при наличии сопротивления нагрузкиZ_Нимеет коэффициент передачи напряжения при холостом ходеK_U(XX), когдаZ_Н=∞. Поскольку:

U_2OC(XX)=K_U(XX)ΔU(XX), тоU_OC(XX)/ΔU(XX)=K_U(XX)β_U-будет петлевым усилением при холостом ходе на выходе. ОбозначаяF₂(XX)=1+K_U(XX)β_U- глубину связи при холостом ходе на выходе, получим:

Z_ВЫХ(F₂)=Z_ВЫХ/F₂(XX),

Следовательно, выходное сопротивление уменьшается. Причина уменьшения выходного сопротивления требует пояснений. Рассматривая выходную цепь рис.3.3 слева от вертикальной штриховой линии, видим, что в выходной цепи имеется только одно физическое сопротивление Z_ВЫХ, поскольку входное сопротивление четырехполюсника ОС равно бесконечности и, следовательно, шунтирование со стороны входного цепи четырехполюсника ОС выходного сопротивления устройстваZ_ВЫХотсутствует. Однако при обратной связи по напряжению существует эффект стабилизации выходного напряжения. В самом деле, пусть выходное напряжениеU_2OCпо какой либо причине уменьшилось. Тогда уменьшается пропорциональное ему напряжение обратной связи. При неизменной величинеЕ_Гэто приведет к возрастанию напряжения ΔUна входе устройства и напряженияμΔU в его выходной цепи, т.е напряжение на нагрузкеZ_Н должно увеличиться. Наоборот, если напряжениеU_2OCвозросло, тогда увеличится напряжение обратной связи на выходе четырехполюсника ОС. При неизменной величинеЕ_Гэто приведет к уменьшению разностного напряжения ΔUи напряжения генератора μΔUв выходной цепи. Следовательно, напряжение на нагрузке должно уменьшиться. Таким образом, при ООС по напряжению происходит саморегулирование выходного напряженияU_2OC.Стабилизация выходного напряжения эквивалентна уменьшению выходного сопротивления устройства. Известно, что идеальный генератор напряжения имеет внутреннее сопротивление равное нулю и передает в нагрузку напряжение, которое не зависит от её сопротивления. Таким образом, чем больше петлевое усиление и глубина связи, тем стабильнее выходное напряжение т.е. меньше эквивалентное выходное сопротивление устройства.