книги из ГПНТБ / Боровиков, А. И. Усилители электрических сигналов в вопросах о ответах учеб. пособие для студентов РИСХМа специальностей 0636, 0501, 0502, 0504, 0509, 0531 и 0536
.pdfзи |
б) ОС с параллельным вводом сигнала обратной свя |
|
Uoc |
(рис. 39). |
|
|
|
|
~1— |
Ю > |
' |
» |
Л |
|
|
|
|
Об* |
|
Uвы» |
V |
Rh |
|
|
|
|
i |
|
1- Г |
|
||
|
|
|
Uo<с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
39 |
|
|
|
5. |
|
П о х а р а к т е р у |
ц е л и п е р е д а ч и |
|||||
о б р а т н о й |
с в я з и : |
|
|
|
|
|||
|
а) частотно-независимые |
обратные |
связи, цепь обрат |
|||||
ных связей которых не содержит |
реактивных элементов |
|||||||
( |_; |
С |
). В |
этом |
случае воздействие ОС сводится |
||||
лишь к изменению величины коэффициента усиления, а также величин его входных и выходных сопротивлений, величин, вносимых усилителем линейных и нелинейных искажений и
т. д*;
б) частотно-зависимые цепи обратных связей, кото рые приводят к существенному изменению свойств усилитель ных каскадов. Например, при охвате каскада глубокой поло жительной частотно-зависимой обратной связью он становится генератором синусоидальных колебаний. Частота такого гене ратора определяется параметрами цепи обратной связи.
При охвате каскада частотно-зависимой отрицательной обратной связью каскад становится избирательным усилителем,
т. е. усилителем, усиливающим сигналы |
определенной частоты, |
обусловленной параметрами цепи обратной связи. |
|
54. КАК ИЗМЕНЯЮТСЯ ОСНОВНЫЕ |
На рис. 40 представ |
ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЯ, |
лена блок-схема уси |
ОХВАЧЕННОГО ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ |
лителя, охваченного |
ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ? |
однопетлевой поло - |
|
жительной обратной |
связью по напряжению и последовательным вводом сигнала обратной связи.
60
Рис. 40
Коэффициент усиления самого усилителя |
(без дей |
|
ствия О С ) определяется |
как |
|
; , 0 |
«ух |
|
йс
где Uci - напряжение сигнала непосредственно поступаю щего на вход усилителя (напряжение на сетке первой лампы ).
Коэффициент передачи цепи обратной связи f t пока зывает, какую часть выходного напряжения составляет на пряжение обратной связи, т . е.
0<к.=^0*их .
Коэффициент усиления |
усилителя, охваченного полож итель |
ной О С , очевидно, будет |
л |
у- Ц*>|Х
0 * х
Та к к а к рассматривается положительная О С , то
|
U c i= Овх + Оос • |
|
|
Коэффициент усиления |
усилителя |
Ку |
без обратной связи |
можно выразить так: |
. |
|
|
к- г - о г •
Следовательно, коэффициент усиления усилителя, охвачен ного положительной обратной связью будет
|, _ 1)km.. Цбмх. _ |
Ufcxx _ ЦД>ч- I______„ |
К < к ~ Ц «* = U c - Ч о Г t la - f lU e * * " U c ’ 1 - f i K y ' l - f i k r |
|
Таким образом, |
введение положительной О С по напряже |
нию увеличивает коэффициент усиления (l-jMcy <£. 1)
61
Произведение |
jjky |
характеризует глубину обратной |
|
связи. |
|
|
|
В слу чае, когда |
^jky = 1 |
коэффициент усиления |
|
усилителя с положительной ОС возрастает до бесконечности. При этом на выходе усилителя даже при отсутствии входного сигнала появляется выходное напряжение. Оно возникает за счет усиления помех от наводок. Усилитель в этом случае "возбуждается' и становится генератором шума. Выходное напряжение усилителя будет содержать много гармоник.
Положительная ОС снижает устойчивость (стабильность) работы усилителя. Усилитель склонен к самовозбуждению.
Кроме возрастания коэффициента усиления, положитель ная обратная связь приводит и увеличению всех видов иска - жений, вносимых усилителем.
Рассмотрим, как изменяется, например, коэффициент нелинейных искажений усилителя при введении положительной обратной связи по напряжению.
Пусть некий усилитель, |
имеющий коэффициент усиления |
* |
|||||
ку |
работает на нелинейных участках |
характеристик, в ре |
- |
||||
зультате на его выходе возникает, |
например, составляющая |
||||||
второй гармоники |
U а |
. |
Часть |
этого напряжения |
|
||
(рис. |
41) поступает |
на вход усилителя |
в качестве сигнала |
|
|||
|
|
|
|
|
|
,у U Ы хг |
|
|
|
|
|
Ы*2 - Uz+pta |
|
||
|
|
|
|
Ufc |
|
|
|
|
Uocl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
41 |
|
|
|
обратной связи и усиливается усилителем. На выходе усилен ная составляющая второй гармоники складывается с началь ной составляющей и образуется результирующее выходное на пряжение от второй гармоники Огвмх . Напряжение об ратной связи является частью выходного напряжения, следо вательно Uot-BUt&MX.
62
Это напряжение, поступающее на вход усилителя, |
ущипы |
|||||
вается в |
ку |
раз |
и складывается с первоначально воз |
|||
никшей составляющей |
Uj |
, образуя выходное напряже - |
||||
ние второй |
гармоники, т. е. |
|
|
|
||
|
|
Uгбы*-~ Uz^JS Uzвих.'ky) |
|
|||
опч"и |
|
1 |
) , ^ = - |
^ |
• |
|
Значит, |
выходная составляющая |
второй гармоники |
из-за |
|||
нелинейности характеристики усилителя под действием поло — жительной обратной связи увеличилась в 1 ку раз. Аналогично во столько же раз . увеличиваются и другие гар
монические составляющие, возникшие |
в усилите пе из-за |
|||||
нелинейного режима. |
общий коэффициент нелинейных искажений |
|||||
Следовательно, |
||||||
в усилителе, |
охваченном положительной обратной связью, |
|||||
будет |
|
|
L |
_ |
Кг |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
ISfox- |
( - J5 Ку * |
|
|
Также |
можно показать, что при охвате усилителя поло — |
|||||
жительной ОС |
|
возрастут |
и частотные |
искажения. Коэффици |
||
ент частотных |
искажений усилителя с |
положительной ОС |
||||
будет |
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
|
M o x - T T f t K , ' |
|
|
где |
М |
- |
коэффициент частотных искажений усилителя |
|||
без ОС.
По этим причинам усилители с положительной ОС приме няются очень редко, при этом глубина обратной связи JSKy выбирается не более 50-60%.
Положительные ОС могут возникнуть самопроизвольно через паразитные емкости ламп или через емкости монтажа при неудачном расположении деталей, и если эти ОС достиг нут критических значений, усилитель может самовозбуждаться. Это явление вредное. При проектировании и монтаже усиди — телей необходимо принимать меры, предупреждающие появле - ние паразитных положительных обратных связей, ухудшающих
63
качество усилителя (применяют развязывающие цепи, экрани руются проводники и т . д . ).
55. КАК ИЗМЕНЯЮТСЯ ОСНОВ НЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИ - ЛИТЕЛЯ (КАСКАДА), ОХВАЧЕН НОГО ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТ НОЙ СВЯЗЬЮ ?
(Предварительно следует изучить п. 54).
Для получения отрица тельной обратной свя зи необходимо сигнал обратной связи Uoc подать на вход усили - теля в противофазе,
т. е.
Uci= Uft*- UО с -
Так |
как |
Uqc=J3U0wx |
, |
то |
Uu = ’Utx~j3Uei>ix |
|
||||
Коэффициент усиления усилителя |
без ОС |
|
|
|||||||
|
|
L- |
- U |
- |
Овм». |
|
|
|
||
|
|
*у~ Ос, |
|
|
|
|
усилителя, охваченного |
|||
Учитывая, что коэффициент усиления |
||||||||||
обратной связью |
|
кос” "1Т^ |
|
|
|
’ |
лолУчаем |
|
||
|
|
|
Ов* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кос-- 1 +£Ку |
|
|
||||
Следовательно, |
коэффициент усиления усилителя, |
охва - |
||||||||
ценного отрицательной обратной связью, |
уменьшается |
в |
||||||||
l+jiky раз |
( |
1 + ^ К у > 1 |
|
). |
|
|
|
|||
Вместе с этим во столько же раз уменьшаются все виды |
||||||||||
линейных и нелинейных искажений, |
т. е. |
|
|
|||||||
м |
М |
. |
|
|
__ |
• |
|
и т.д. |
||
г'ос- | лк, |
, |
*Чос |
|
|+ ВКу |
, |
|
||||
|
l+^Kv |
I |
I' rot |
|
I 4 .PKV |
|
|
|
|
|
Отрицательная обратная связь по напряжению увеличивает стабильность работы .усилителя, возрастает его устойчивость против самовозбуждения.
Нестабильность усилителя обычно оценивается отношением dk ( Ц. - коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью ). Для отрицательной ОС этот коэффи —
циент (см. п. 55)
к =
Продифференцировав |
к |
по |
получим |
64
dk. |
|
Kvfi-o + gk») |
. |
I |
|
|
||
dKy- |
(I fp K ,)2- |
" |
(!+£*>)*■ |
|
|
|||
Нестабильность |
Jk |
можно записать следующим 06- |
||||||
к |
||||||||
разом: |
|
|
|
|
|
|
||
|
dk _ dk |
d к» |
kv |
|
|
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
Ik |
dKv |
kv |
К |
|
|
|
Подставляя |
значения |
|
|
|
|
|||
|
Jk |
u |
IS» |
|
> |
|
|
|
получаем |
dky |
К |
dk» |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Ky |
|
|
|
|
|
|
|
i -v |
|
|
|
||
Нестабилыюсть усилителя, охваченного |
отрицательной |
|||||||
обратной |
связью, |
^ |
|
меньше нестабильности |
усили |
|||
теля без |
обратной |
связи |
|
в (1 + |
jiKy ) |
раз. Во |
||
столько же раз возрастает устойчивость работы усилителя К_
dK *
Таким образом, при введении отрицательной обратной связи качество усилителя улучшается, Уменьшаются искаже
ния, |
возрастает стабильность по |
напряжению. Все высокока |
||||||
чественные усилители обязательно охвачены отрицательной |
||||||||
обратной связью. |
|
|
|
|
|
|
||
.56. |
КАК СТАБИЛИЗИРУЕТСЯ ВЫ |
При отрицательной |
||||||
ХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ УСИЛИТЕ - |
ОС на вход усилите |
|||||||
ЛЯ, ОХВАЧЕННОГО ОТРИЦАТЕЛЬ |
ля подается напряже |
|||||||
НОЙ ОС ПО НАПРЯЖЕНИЮ ? |
|
ние |
|
|
||||
(Предварительно изучите п. |
55). |
|
Это |
напряжение усн- |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ливается; и на нагруз |
||
ке |
Ra |
устанавливается |
выходное |
напряжение |
. |
|||
|
Допустим, что в результате |
повышения |
температуры |
|||||
окружающей среды сопротивление |
нагрузки |
R h |
увели |
|||||
чилось (при |
Ufcx-Cooit |
), |
это приведет к некоторому |
|||||
уменьшению выходного тока |
и |
увеличению выходного |
напря — |
|||||
во
женин U бы*. |
. |
Увеличение |
U «ых. увеличит Uoc |
и соответственно |
уменьшит входной сигнал, так как |
||
Uci= Ов*” Оос • Уменьшение же входного сигнала приведет к соответствующему уменьшению выходного напряжения.
Таким образом, выходное напряжение практически оста ется без изменения, т. е. стабилизируется. Точнее, выходное
напряжение |
увеличится |
в • ( 1 + £> Ку |
) раз меньше, |
чем |
при отсутствии отрицательной ОС. |
|
|
||
Чем больше глубина |
отрицательной |
обратной связи |
по |
|
напряжению и чем выше коэффициент усиления без обратной
связи |
}\ |
тем |
лучше |
стабилизируется выходное напряжение |
|||||
(выходной ток при этом изменяется). |
|
|
|
||||||
В усилителе с отрицательной обратной связью выходное |
|||||||||
напряжение |
линейно зависит от |
входного напряжения, т.е . |
|||||||
его коэффициент усиления будет неизменным |
Uы х --к 1)вг |
||||||||
57. КАКОЕ ДЕЙСТВИЕ НА УСИ |
Чтобы получ"ть обратную |
||||||||
ЛИТЕЛЬ ОКАЗЫВАЕТ ОТРИЦА - |
связь по току, |
необходи |
|||||||
ТЕЛЬНАЯ |
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ |
|
мо в выходную цепь |
||||||
|
ПО ТОКУ |
? |
|
|
усилителя ввести |
резистор |
|||
|
|
|
|
|
|
связи |
R с 8 |
, через |
|
|
|
|
|
|
|
который будет |
проходить |
||
выходной тою |
3 бы* |
, создающий на нем падение |
напря - |
||||||
жения |
связи |
|
1)св= Зёых RcS > |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Часть этого |
напряжения можно подавать на вход |
усили |
|||||||
теля в качестве напряжения обратной связи |
(рис. |
Ч.-. 1 |
|
||||||
|
|
|
U О С —<scUС.Й = |
Rc5 J ibtX • |
|
|
|
||
|
|
1 |
|
Ку |
Т ~ |
1 |
|
|
|
|
|
и»* Uci |
1Ь Rcl (Jua |
R h |
|
|
|||
|
|
|
_L_ |
|
С Д г J__ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uc( Uct-Jioi* Rci |
|
|
||
|
|
|
|
Рис. |
42 |
|
|
|
|
66
Условие для получения отрицательной обратной связи по току будет
U ci = Ug^ ~ C^ -R cg jfib lX (^ocRcfi = C o n st) .
Коэффициент усиления усилителя без обратной связи |
|
|
|||||||||||
|
|
К -■ Ufey |
- |
|
Uty |
Retie»» |
Ц*ых |
Rcfcl&wx |
/ |
|
|
||
|
|
* |
Uci |
|
Uax — Ы- |
Uex - |
aLRci J«nt |
|
|
|
|||
где |
|
Пйу - |
выходное |
напряжение усилителя |
до сопротив |
- |
|||||||
|
|
1. |
|
ления связи. |
|
|
|
UBox |
|
||||
Заменяя |
_ Цс>» |
|
имея |
в виду, что |
К о / — |
U6x |
|
||||||
|
|
~Rn |
|
|
|||||||||
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
откуда |
К<к~ ' |
К.У |
I - |
R* Кос |
|
|
|
|
|||||
’ |
|
|
|
|
|
|
|||||||
где |
|
ч<к |
|
i+a'ky |
|
|
|
|
|
|
|||
Р |
R „'K’ |
> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Следовательно, |
отрицательная |
обратная связь по |
току |
|
||||||||
действует аналогично отрицательной связи по напряжению, |
|
||||||||||||
только коэффициент передачи |
цепи ОС |
J3f |
есть величина, |
||||||||||
зависящая от сопротивления связи сопротивления нагрузки, |
|||||||||||||
коэффициента усиления |
К у |
и коэффициента передачи |
по |
||||||||||
току |
|
oL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отрицательная обратная связь по току уменьшает коэффи |
||||||||||||
циент усиления по |
напряжению в |
1+fi'kf |
раз |
(во |
|
||||||||
столько же раз уменьшаются все виды искажений) и стаби лизирует выходной ток усилителя.
67
58. |
КАК ИЗМЕНЯЮТСЯ ВХОДНЫЕ |
Величина входного сопро- |
|||||||
И ВЫХОДНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ |
тивления усилителя, ох- |
||||||||
УСИЛИТЕЛЯ, ОХВАЧЕННОГО ОТРИ- |
вачеиного отрицательной |
||||||||
ЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ |
обратной связью |
Z 4* |
|||||||
|
ПО НАПРЯЖЕНИЮ ? |
|
|
|
зависит от способа по - |
||||
|
|
|
|
|
|
|
дачи |
напряжения Uoc |
|
|
|
|
|
|
|
|
на вход усилителя. |
|
|
|
При последовательном |
вводе |
Uoc |
(рис. 43) |
|
||||
|
Zfix — |
|
Z с£> » |
|
|
|
|||
где |
Z«»y _ |
выходное |
сопротивление |
усилителя без |
об |
||||
|
|
ратной |
связи; |
|
|
|
|
||
|
2.U - |
сопротивление |
цепи обратной связи , |
|
|||||
|
|
Uoc |
jBUSbti |
; jjkyZe. |
|
|
|||
|
-l |
Jig* Г |
|
Uo |
|
|
«у |
|
|
|
Uci |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
1 |
2 Ь*, |
•Kv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
_ Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
о -•+ Z3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.* |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
43 |
|
|
|
|
|
|
|
Следовательно, |
|
Z&k - Z-e*y(j1~jbKv) ► |
|
|||||
|
Входное сопротивление |
усилителя |
с последовательно |
вве |
|||||
денной отрицательной обратной связью увеличивается в
l+рку раз.
Увеличение полного входного сопротивления означает )ве-
личение в |
|+ Ку |
раз активной и реактивной его |
составляющих, |
т. е. |
|
68
|
(7 tfiktf) |
и |
Х&с - |
|
- |
|
||
Очевидно |
I |
_ |
|
/ tf lK y |
' |
|
|
|
со Се<Г |
|
о о С и у |
|
|
||||
Следовательно ^ |
|
„ „ |
|
C&lу |
‘ |
|
|
|
|
lex - |
/ + пКу |
|
|
||||
Входная емкость усилителя, |
охваченного последовательной |
|||||||
отрицательной обратной связью, |
уменьшается в |
/ tfb k y раз. |
||||||
При параллельном вводе напряжения обратной связи вход |
||||||||
ное сопротивление |
|
X £< |
уменьшается. На рис. 44 |
|||||
показан параллельный ввод напряжения обратной связи. |
||||||||
Входное |
сопротивление усилителя |
|
, охваченно |
|||||
го ОС .есть результат |
параллельного |
соединения двух сопро |
||||||
тивлений |
Zgxy |
|
-, |
входного сопротивления |
без обратной |
|||
связи и сопротивления |
цепи обратной связи 2 .ос |
|||||||
|
Xqc - |
U и |
|
, |
(Jm - U |
oc |
|
|
откуда |
Jet |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
c i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Таким образом, |
Zoc = - I i-jiKy |
|
|
|
||||
входное сопротивление усилителя для этой |
||||||||
связи будет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zi<y' |
/ + J3Ky |
|
-Ze*y |
|
||
|
Z u = - |
2t*у ♦ |
zu |
/ + |
|
|
||
|
|
|
|
|
i+pb |
■ • z% 0 * fb J |
||
Как видно из полученного выражения, |
2 Л у |
уменьшается. |
||||||