Лекции / СТКУ_какие_то_лекции

Таким образом,

Zвхос Zвх 1 KU

Пусть коэффициенты Ku и являются вещественными.

Тогда

Zвхос Zвх 1 KU

Отсюда следует, что последовательная отрицательная обратная связь увеличивает входное сопротивление по модулю.

Подобные рассуждения показывают, что при параллельной отрицательной обратной связи при сохранении Uвх1 const входной ток увеличивается на величину тока

обратной связи, что приводит к уменьшению входного сопротивления:

При этом изменения входного сопротивления не зависят от способаполучения обратной связи навыходе усилителя.

Лекция 4

Тема: обратная связь в аналоговых электронных устройствах и ее влияние на их параметры и свойства. Схемотехника применения обратной связи (продолжение лекции 3)

3.4.2. Влияние отрицательной обратной связи на выходное сопротивление

Определим выходное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью. Обозначим через Zвых и Zвыхос , соответственно, выходное комплексное сопротивление цепи прямой передачи и выходное комплексное сопротивление усилителя, охва-

ченного обратной связью по напряжению (рис.3-12). По определению

щих значений соответственно напряжения ивых и тока iвых. При этом предполагается, что обратная связь отключена (например, выход цепи обратной связи закорочен).

Также предполагается, что Uвх1 const , а изменение ве-

личин ивых и 1вых вызвано изменением сопротивления на-

грузки.

По определению

Но при этом предполагается, что обратная связь действует

ния на выходном сопротивлении Zвых , но и появление приращения Uос комплексного действующего значения

напряжения Uос. Следовательно,

Uвых Iвых Zвых Uос KU

Знаки «минус» использованы потому, что и увеличение тока Iвых и увеличение напряжения Uос вызывают уменьшение напряжения Uвых. Отсюда с учетом, что

Uос Uвых , получим

т.е. отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя.

Отрицательная обратная связь по напряжению поддерживает стабильным выходное напряжение, делая его незави-

симым от сопротивления нагрузки, что эквивалентно уменьшению выходного сопротивления усилителя. Подобные рассуждения показывают, что отрицательная обратная связь по току поддерживает стабильным выходной ток, что эквивалентно увеличению выходного сопротивления усилителя:

Zвыхос Zвых 1 KU

При этом изменения выходного сопротивления не зависят от способавведения обратной связи навходе усилителя.

3.4.3. Общий метод определения влияния ООС на входные и выходные сопротивления по формуле Блекмана

Как было отмечено выше (см. раздел 3.2) величину

1 Ku

называют глубиной обратной связи и часто обозначают символом F:

F = 1 Ku

где - комплексный коэффициент обратной связи (рис.3- 10):

Uос

Uвых

Влияние ООС на входные и выходные сопротивления легко определять по формуле Блекмана:

ZF Z Fкз ,

Fхх

где ZF и Z - сопротивления (входные или выходные) при наличии или отсутствии обратной связи, а Fкз и Fхх -

глубина обратной связи при замкнутой или разомкнутой цепи, соответственно.

Рассмотрим применение формулы Блекмана на примере последовательной ООС по напряжению (рис.3-10). Выходная цепь: при коротком замыкании цепи на выходе

напряжение ООС отсутствует и F к.з.= 1, так как = 0. При х.х. на выходе ООС равна величине Fх.х..

Тогда по формуле Блекмана:

1

zВЫХF zВЫХ FXX ,

т.е. выходное сопротивление усилителя при отрицательной обратной связи по напряжению уменьшается, как это и было показано выше с помощью математических соотношений.

Входная цепь: при к.з. на входе ООС равна величине

Fкз;

при х.х. на входе напряжение ООС отсутствует, и так как

=0, то Fх.х. = 1.

Тогда по формуле Блекмана:

zВХF zВХ FКЗ ,

т.е. при последовательной отрицательной обратной связи входное сопротивление увеличивается, как и было показано выше.

3.5. Влияние ОС на амплитудно-, фазочастотные и переходные характеристики (линейные искажения)

3.5.1. Частотно-независимая ОС

Типичные АЧХ и ФЧХ усилителей показаны на рис.3- 13 и 3-14:

рис. 3-13

рис. 3-14

1 – с положительной ОС – самая нелинейная АЧХ и ФЧХ; 2 – без ОС;

3 – с отрицательной ОС – самая линейная АЧХ и ФЧХ. Т.е. ООС – расширяет полосу пропускания усилителя, делая его АЧХ более равномерной, а ФЧХ – более линейной.

Количественно можно оценить следующим образом. Усилительный каскад может быть представлен общей упрощенной эквивалентной схемой (рис.3-15 а) и эквивалентными схемами на НЧ (рис.3-15 б) и на ВЧ (рис. 3-15

в):

а)

жение для коэффициента усиления с ОС:

Для усилителя без ОС:

K

K( j )

(1 j В )

т.е. постоянная времени τв усилителя с ОС уменьшилась в F раз; следовательно, верхняя граничная частота усиления

ВF В (1 K) - увеличилась в F раз.

Аналогично показывается расширение частотного диа-

при ПОС, а АЧХ – более нелинейная при ПОС.

Так как ООС уменьшает амплитудно-частотные и фазочастотные искажения, то она уменьшает и связанные с ними переходные искажения.

Так как ООС расширяет полосу как в сторону fн, так в сторону fв, то ООС будет уменьшать время установления tу импульса (tнарастания) и спад его плоской вершины

(Δ) – см. рис. 3-16.

Форма ПХ в области малых времен обусловлена эквивалентной схемой для ВЧ.

Форма ПХ в области больших времен обусловлена эквивалентной схемой для НЧ.

Расширение полосы в сторону НЧ эквивалентно увеличению постоянной времени заряда конденсатора С1 и, соответственно, уменьшению спада .

рис.3-16

Расширение полосы в сторону ВЧ эквивалентно уменьшению постоянной времени заряда С2 и, соответственно, уменьшению tуст.

3.5.2. Частотнозависимая ОС

Частотнозависимая ОС изменяет ЧХ усилителя, делая её обратной ЧХ коэффициента передачи цепи обратной связи (рис.3-17):

Например, для схемы передачи ОС через цепь RC с увеличением частоты сопротивление Хс = 1/ωС падает,

икоэффициент обратной связи уменьшается (см.

рис.3-17 а). Если усилитель без ОС имел горизонтальную АЧХ, то с ООС он будет иметь вид, показанный

на рис.3-17 б), т.е. с ростом частоты величина ОС падает и коэффициент усиления КF растет.

а) б)

рис.3-17

Существует большое количество цепей корректировки АЧХ за счёт частотно-зависимой ООС – примеры приведены ниже на рис 3-18.

рис.3-18