TETs_Sobolev

них и локальный подъем на верхних частотах. Оценить амплитудночастотные искажения можно по относительному отклонению реальной характеристики от идеальной:

Отрицательные значения соответствуют спаду, а положительные — подъему АЧХ над горизонтальной прямой, описываемой уравнением K(f) = Kср.

Рассмотрим влияние частотно-независимой обратной связи ( = = const) на амплитудно-частотные искажения усилителя. При наличии ООС или ПОС имеем

Здесь знак «плюс» соответствует отрицательной ОС, а знак «минус» — положительной ОС. Как видим, введение отрицательной обратной связи уменьшает амплитудно-частотные искажения, а введение положительной обратной связи (при K < 1) увеличивает их.

Итак, введение частотно-независимой отрицательной обратной связи спрямляет АЧХ и ФЧХ, а введение частотно-независимой положительной обратной связи подчеркивает нюансы этих характеристик.

Характер влияния частотно-независимой ОС на форму АЧХ несложно объяснить физически. Пусть АЧХ усилителя без ОС имеет вид кривой 2 на рис. 9.8. Пусть частота источника на входе того же усилителя, охваченного обратной связью, первоначально равна средней частоте передаваемого диапазона. Будем ее уменьшать или увеличивать. Тогда вследствие спада АЧХ на нижних или верхних частотах

Рис. 9.9. АЧХ усилителя без ОС: a —полная; b — в области НЧ; v — в области ВЧ

модуль напряжения обратной связи будет уменьшаться, что при отрицательной ОС приведет к увеличению выходного напряжения, т. е. к выравниванию АЧХ, а при положительной ОС — к уменьшению выходного напряжения, т. е. к увеличению спада АЧХ.

Оценим количественно изменение граничных частот при введении частотно-независимой обратной связи. Пусть АЧХ усилителя без ОС имеет вид кривой, изображённой на рис. 9.9,a. Разделим её на АЧХ в области нижних частот (рис. 9.9,b) и АЧХ в области верхних частот (рис. 9.9,v).

Пусть комплексная передаточная функция усилителя без обратной связи в области нижних частот описывается выражением

где !нгбос — нижняя граничная частота. Соответствующая передаточная АЧХ представлена на рис. 9.9,b. Тогда передаточная функция того же усилителя, охваченного частотно-независимой обратной связью, будет описываться так:

Знак «плюс» соответствует отрицательной ОС, знак «минус» — положительной ОС.

Пусть теперь комплексная передаточная функция усилителя без обратной связи в области верхних частот описывается выражением

где !вг бос — верхняя граничная частота. Соответствующая передаточная АЧХ представлена на рис. 9.9,v. Тогда передаточная функция того же усилителя, охваченного частотно-независимой обратной связью, будет описываться так:

Из (9.22) и (9.23) следует, что отрицательная обратная связь уменьшает нижнюю граничную частоту и увеличивает верхнюю граничную частоту в 1+ K раз, т. е. расширяет полосу пропускания, а положительная обратная связь увеличивает нижнюю граничную частоту и уменьшает верхнюю граничную частоту, т. е. сужает полосу пропускания.

Часто используются усилители с глубокой отрицательной обратной связью. При такой связи K 1, а коэффициент передачи

Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики усилителя, охваченного глубокой отрицательной обратной связью, практически не зависят от частотных свойств основного четырехполюсника и определяются частотными свойствами четырехполюсника обратной связи:

Kсос(!) = 1= (!); φKcос (!) = φ (!):

Если глубокая отрицательная обратная связь является частотнонезависимой ( = ), то график АЧХ в очень широком диапазоне частот представляет собой прямую, параллельную горизонтальной оси, а фазовые сдвиги, вносимые усилителем в этом диапазоне частот, равны нулю. Параметры такого усилителя весьма стабильны.

Если глубокая отрицательная обратная связь частотно-зависима, то АЧХ и ФЧХ являются в известном смысле зеркальными отражениями соответствующих характеристик четырехполюсника обратной связи (рис. 9.10). Это свойство сохраняется и при неглубокой ООС, однако его проявление ослабляется с уменьшением глубины обратной связи.

Рис. 9.10. Иллюстрация влияния частотно-зависимой ООС на АЧХ и ФЧХ четырёхполюсника

9.1.3. Задание для предварительного расчёта

9.1.3.1.Рассчитать коэффициент передачи цепи, охваченной обратной связью, Kсос, если коэффициент передачи основного четырёхполюсника K = 100 и коэффициент передачи четырёхполюсника обратной связи = 0;01.

9.1.3.2.Рассчитать глубину обратной связи (1 + K), петлевой коэффициент передачи Kбос и коэффициент передачи четырёхполюсника обратной связи , если коэффициент передачи основного четырёхполюсника K = 100, а коэффициент передачи цепи, охваченной обратной связью, Kсос = 50.

9.1.3.3.Рассчитать коэффициент передачи основного четырёхполюсника K, если коэффициент передачи цепи, охваченной отрицательной обратной связью, Kсос = 50, а коэффициент передачи четырёхполюсника обратной связи = 0;01.

9.1.4. Вопросы для самопроверки

1.Что такое обратная связь (ОС)?

2.Что такое петлевой коэффициент передачи?

3.Что такое глубина обратной связи?

4.Как классифицируют ОС по способу снятия и по способу вве-

дения?

5.Что такое ОС по напряжению и что такое ОС по току?

6.Что такое параллельная и что такое последовательная обратная связь?

7.Что такое положительная обратная связь (ПОС) и что такое отрицательная обратная связь (ООС)?

8.Как влияет введение ООС и ПОС на коэффициент передачи цепи?

9.Как влияет введение ООС и ПОС на чувствительность к дестабилизирующим факторам?

10.Как влияет введение обратной связи различных видов (ПОС

иООС по току и по напряжению) на входное и выходное сопротивления цепи?

11.Как влияет введение ПОС и ООС на частотные свойства

цепи?

9.1.5. Задание для самостоятельного выполнения экспериментов на персональном компьютере

9.1.5.1.Исследовать влияние введения ООС на коэффициент передачи и выходное сопротивление активной электрической цепи.

9.1.5.2.Исследовать влияние введения частотно-независимой ООС на верхнюю граничную частоту и ширину полосы пропускания.

9.1.5.3.Изучить влияние введения частотно-зависимой ООС на передаточную АЧХ активного четырёхполюсника.

9.1.6. Порядок выполнения экспериментов

9.1.6.1.Сконструировать на рабочем поле редактора Micro-Cap две схемы, изображённые на рис. 9.11. Получить в режиме AC и занести

вотчёт графики АЧХ усилителей без ОС и с частотнонезависимой ООС. По полученным графикам определить глубину обратной связи (1 + K) во второй схеме.

9.1.6.2.Сконструирова-

ть на рабочем поле редакто- Рис. 9.11. Схемы, конструируемые на рабо-

ра четыре изображённые на рис. 9.12 схемы двух усилите-

лей (без ОС и с частотно-независимой ООС), находящихся в режимах ХХ и КЗ. Получить в режиме АС и занести в отчёт графики значений выходного сопротивления обоих усилителей. Занести в отчёт вывод о том, как влияет введение ООС по напряжению на выходное сопротивление активного четырёхполюсника.

9.1.6.3. Сконструировать на рабочем поле редактора две схемы, изображённые на рис. 9.13. Получить в режиме AC и занести в отчёт

Рис. 9.14. Схемы, конструируемые на рабочем поле для выполнения задания по п. 9.1.6.4

9.1.6.4.Сконструировать на рабочем поле редактора две схемы, изображённые на рис. 9.14. Получить и занести в отчёт графики АЧХ усилителей без ОС и с ООС. Убедиться в том, что введение частотно-независимой ООС увеличивает ширину полосы пропускания усилителя. Занести в отчёт соответствующий вывод.

9.1.6.5.Сконструировать на рабочем поле редактора две схемы, изображённые на рис. 9.15. Получить и занести в отчёт графики АЧХ усилителей без ОС и с частотно-зависимой ООС, обеспечивающей локальный подъём на средних частотах. Объяснить механизм возникновения этого подъёма. Занести в отчёт соответствующие пояснения.

9.1.6.6.Удалить ёмкость C3 в петле обратной связи второй схемы. Получить и занести в отчёт графики АЧХ усилителей без ОС и

Рис. 9.15. Схемы, конструируемые на рабочем поле для выполнения задания по п. 9.1.6.5

9.1.7.5.При выполнении задания по п. 9.1.6.1 глубину обратной связи следует определять как отношение K=Kсос.

9.1.7.6.При выполнении задания по п. 9.1.6.2 выходные сопротив-

ления цепей следует рассчитывать по формулам: Rвых бос =

=Uвых ХХ бос=Iвых КЗ бос; Rвых сос = Uвых ХХ сос=Iвых КЗ сос (рис. 9.12).

9.1.7.7.При выполнении задания по п. 9.1.6.3 глубину обрат-

ной связи следует определять как отношение K(f = 20 Гц)=K(f =

= 20 Гц)сос, а верхнюю граничную частоту определять по уровню p

1= 2 = 0;707 (т. е. 3 дБ) от K(f = 800 Гц) или по φн = 45◦, оставляя на экране один из полученных графиков для повышения точности результата.

9.1.7.8. При выполнении задания по п. 9.1.6.4 полосу пропускания определять

по уровню 0;707K(f = 800 Гц). 9.1.7.9. При объяснении изменения

формы графика передаточной АЧХ под воздействием частотно-зависимой ООС (см. п. 9.1.6.5–9.1.6.10) следует исходить из следующей формулы комплексного коэффициента передачи приведённой на

рис. 9.16 схемы: K = Z2=Z1. Эта формула для цепи с накопителями энергии является обобщением формулы, выведенной ранее (в п. 1.1.2.12) для резистивной цепи.

9.1.8. Графики

В результате выполнения экспериментальной части работы должны быть получены графики, представленные на рис. 9.17–9.26.