15. Определение показателей усилителя через параметры

четырехполюсника

П оказатели усилителей (входные и выходные сопротивления, коэффициенты усиления и т.д.) зависят не только от параметров четырехполюсника, но и от сопротивления источника сигнала и сопротивления нагрузки. Для определения показателей усилительного каскада воспользуемся схемой (см. рис. 2.3), описываемой системой уравнений в Y-параментрах. В этой схеме на входе четырехполюсника включен генератор тока с его внутренней проводимостью Y1, а на выходе - нагрузка Y2.

Определим ток I2, протекающий через нагрузку Y2:

Знак минус в выражении (2.2) объясняется тем, что направление тока на рис. 2.3 не соответствует выбранному направлению напряжения U2. Подставим (2.2) во второе уравнение системы Y-параметров:

Уравнение (2.3) с помощью Y-параметров и проводимости нагрузки Y2 связывает напряжения и , что дает возможность определить коэффициент усиления по напряжению:

Найдем из выражения (2.4) напряжение U2 и подставим его в первое уравнение системы:

Уравнение (2.5) связывает входной ток и входное напряжение, что дает возможность определить входную проводимость усилителя:

Учитывая, что система Y-параметров является симметричной относительно входа и выхода, можно записать выражение для выходной проводимости усилителя:

Используя (2.2, 2.4, 2.6) найдем коэффициент усиления по току

Определим сквозной коэффициент усиления по току

Найдем сквозной коэффициент усиления по напряжению:

Все полученные выше показатели усилителя могут быть определены путем использования любой другой системы параметров четырехполюсника. Так, используя свойство дуальности электрической цепи, можно записать выражения для входного и выходного сопротивления усилителя в системе Z-параметров:

Коэффициент сквозного усиления для четырехполюсника, описываемого системой Н-параметров, имеет вид

Положительные результаты применения теории четырехполюсников при расчете показателей усилителя достигнуты благодаря тому, что при этом используется минимальное число уравнений, необходимых для полного описания взаимодействия четырехполюсника с источником сигнала и нагрузкой. Одновременно этим обусловлено и появление определенных элементов формализма, характерных для теории четырехполюсников и в какой-то степени маскирующих физические процессы, происходящие в усилителях.

16. Структурные схемы аэу с обратной связью

Обратной связью называется такое явление, при котором часть энергии с выхода четырехполюсника передается на его вход. Обратная связь (ОС) характерна только для активных четырехполюсников, т.е. для четырехполюсников, содержащих хотя бы один управляемый генератор. В усилителях обратная связь осуществляется за счет передачи части тока или напряжения сигнала из выходной цепи усилителя в его входную цепь. Широкое использование обратной связи в самых различных АЭУ объясняется тем, что она является очень удобным инструментом для изменения любых показателей (свойств) АЭУ.

Н а рис. 2.4 дана структурная схема АЭУ с обратной связью. На этойсхеме имеются: И.С. - источник сигнала; К - усилитель; Н - нагрузка; b - цепь

обратной связи. На входе усилителя происходит сложение сигнала (тока или напряжения), поступающего от генератора, и сигнала, вернувшегося по цепи обратной связи, т.е. с выхода усилителя.

Если сигнал на входе усилителя совпадает по фазе с сигналом, вернувшимся по цепи обратной связи, то имеет место положительная обратная связь. В противном случае обратная связь называется отрицательной.

Если в цепь обратной связи подается сигнал, пропорциональный выходному напряжению или его части, то такая ОС называется обратной связью по напряжению (рис. 2.5, а).

ОС называется обратной связью по току, если в цепь обратной связи подается сигнал, пропорциональный выходному току или части его (рис. 2.5, б).

ОС называется параллельной по входу, если выходные зажимы обратной связи, входные зажимы усилителя и зажимы источника сигнала включены между собой параллельно (рис. 2.5, в). При последовательном включении этих трех пар зажимов ОС называется последовательной (рис. 2.5, г).

В общем случае возможно одновременное использование обоих методов съема и ввода обратной связи. При этом ОС будет называться смешанной.

Нетрудно видеть, что на действие обратной связи различного вида в значительной мере влияют величины сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника сигнала. Например, если в схеме на рис. 2.5, а закоротить сопротивление нагрузки, то ОС прекратит действовать, так как в этом случае исчезнет выходное напряжение и в цепь обратной связи ничего поступать не будет. В режиме холостого хода по выходу такая ОС будет максимальной. В схеме на рис. 2.5, б ОС по току действует максимальным образом в режиме короткого замыкания на выходе и не действует в режиме холостого хода.

Проведя аналогичные рассуждения относительно внутреннего сопротивления источника сигнала, можно утверждать, что параллельная ОС по входу (см. рис. 2.5, в) перестает действовать, если R1 устремить к нулю (генератор ЭДС на входе). Последовательная ОС по входу (см. рис. 2.5, г) не действует, если R1 стремится к бесконечности (на входе - генератор тока).

Четырехполюсник обратной связи, как и любая реальная электрическая цепь, обладает определенной частотной характеристикой. Если частотная характеристика цепи обратной связи не изменяется в полосе пропускания усилителя, то говорят о частотно-независимой обратной связи. В противном случае ОС называется частотно-зависимой.

В любой системе уравнений, описывающей четырехполюсник, имеется параметр с индексом 12, ответственный за передачу сигнала с выхода на вход (Y₁₂, Z₁₂, H₁₂, K₁₂). Этот параметр характеризует внутреннюю ОС, которая практически не поддается внешней регулировке, ведет к негативным изменениямсвойств усилителя и называется паразитной.