all / Работа 9 (Некрасов) / Обратная связь в усилителях

- последовательную ОС, при которой складываются(вычитаются) uвх и uос (рис.

9.5), т.е. uвх ± uос;

-параллельную ОС, когда складываются (вычитаются) iвх и iос (рис. 9.6), т.е. iвх ± iос;

-смешанную ОС, при которой складываются (вычитаются) как напряжения, так и токи (рис. 9.7).

Рис. 9.7

Коэффициент передачи по напряжению К

Для последовательной ОС по напряжению коэффициент передачи по напря-

жению усилителя с ОС

Кос = uвых/uвх; u1 = uвх ± uос; uос = buвых;

Произведение bК называется петлевым усилением, а 1+bК – глубиной ОС.

2

При bК<1 Kос>K, т.е. ПОС увеличивает коэффициент передачи. Если bК»1, то

Kос ® ¥, т.е. усилитель теряет устойчивость и переходит в режим самовозбуждения.

При ООС u1 = uвх - uос и

т.е. происходит уменьшение общего коэффициента передачи всей схемы. Однако именно ООС обычно используется в усилительных схемах по причинам, которые рассмотрены ниже.

Если bК>>1, то K ос » 1 , т.е. определяется только параметрами цепи ОС, что во

β

многих случаях является положительным фактором.

Коэффициент нестабильности

Изменения коэффициента DК обусловлены влиянием дестабилизирующих факторов (старением элементов, флуктуацией напряжения питания и т..п). Относи-

тельное изменение данного параметра оценивается коэффициентомÀ=DК/К, где DК

– абсолютное изменение коэффициента передачи.

При наличии ОС Àос = DК ос . Изменение DКос можно представить как

К ос

т.е. ООС уменьшает коэффициент нестабильности в 1+bК раз.

Фазовый сдвиг

Так как усилитель содержит частотно-зависимые элементы(транзисторы, ем-

кости, индуктивности), то, в общем виде, все его коэффициенты передачи должны представляться как комплексные величины, т.е.

3

K ( jω) = Ke jj 1 , где j1 – фазовый сдвиг, вносимый усилителем без ОС.

b ( jω) = be jj 2 , где j2 – фазовый сдвиг, вносимый цепью ОС. Тогда для глубокой ООС

т.е. фазовый сдвиг всей схемы определяется фазовым сдвигом только цепи ОС. Если ОС жесткая (не содержит частотно-зависимых элементов), то j2=0 и в усилителе исчезают фазовые искажения независимо от его схемотехники.

Входное сопротивление

Без ОС Rвх=uвх/iвх= u1/iвх, так как uвх= u1.

При последовательной ОС (см. рис. 7.5) Rвх ос=uвх/iвх= (u1±uос)/iвх. Так как uос=

т.е. увеличивается в (1+bК), а при последовательной ПОС во столько же раз умень-

шается.

чится.

4

Нелинейные искажения

ООС позволяет уменьшить нелинейные искажения в усилителе, которые обу-

словлены нелинейностью входной ВАХ транзистора и приводят к появлению на вхо-

де и выходе гармоник высшего порядка. При наличии ООС величина сигнала таких гармоник на входе усилителя определится как uг-buг вых. На выходе uг вых=К(uг-buг вых).

Тогда

uг вых(1+bК)=Кuг,

т.е.

Из выражения видно, что теперь гармоника усиливается не вК, а только в К/(1+bК)

раз.

Наличие ООС приводит также к расширению полосы рабочих частот усили-

теля.

Реальные схемы усилителей с ОС отличаются большим многообразием. На

5

Как отмечалось ранее, обратной связью могут охватываться и многокаскад-

ные усилители. При этом часто усилитель рассчитывается на коэффициент усиления,

который намного больше требуемого, а затем с помощью ООСК уменьшается до требуемого значения, но повышается его стабильность.

На рис. 9.10 представлена схема двухкаскадного RC-усилителя, который ис-

следовался в пре-

Выполнение лабораторной работы

1.Преобразовать исходную схемуRC-усилителя на полевом транзисторе,

синтезированную в лабораторной работе № 6, в схему с ОС (см. рис. 9.9). Установить

R1=0.2к, R2=1.8к.

6

2.Перенести в табл. 9.1 из табл. 6.2 требуемые параметры усилителя, най-

денные в процессе выполнения лабораторной работы № 6.

Таблица 9.1

Без ОС

3.Определить коэффициентb и глубину обратной связи 1+bК усилителя (в

расчете использовать К для СЧ).

4.Установить для источника входного сигналаRe=0 и частоту 1кГц. Акти-

визировать схему и определить максимальное значение ес, при котором передаточная характеристика усилителя сохраняет свою линейность. Все результаты эксперимен-

тов и расчетов заносить в табл. 9.1.

5. Установить е= 100 мВ. Снять АЧХ усилителя с ОС.

с

6.Определить по АЧХКос на СЧ.

7.Рассчитать Кос по (9.1)

8.Определить по АЧХfн гр, fв гр для усилителя, охваченного ООС.

9.Измерить iвх и iвых. Рассчитать по ним Кi ос.

10.Определить по входному току и напряжению(при Rс=0 uвх=ес) Rвх ос. Так-

же рассчитать Rвх ос по выражению (9.3).

11.Перенести в табл. 9.2 из табл. 6.1 требуемые параметры для RC-усилителя на биполярном транзисторе.

12.Установить для данного усилителя Rн=8к. По АЧХ усилителя определить новое значение К на СЧ, рассчитать DК и коэффициент нестабильности À. Вернуться

кисходному значению Rн.

13.Модифицировать схему RC-усилителя, представленную на рис. 6.3, путем удаления конденсатора Сэ.

7

Таблица 9.2

Без ОС

14. Определить для данной схемы коэффициент передачи цепи ОСb. Все ре-

зультаты экспериментов и расчетов заносить в табл. 9.2 15. Активизировать усилитель в режиме переходных процессов и определить

максимальное значение е, при котором передаточная характеристика усилителя со-

с

храняет свою линейность.

16.Уменьшить в два раза амплитуду входного сигнала. Снять АЧХ усилителя

сОС. Определить по ней Кос на СЧ.

17.Рассчитать Кос по выражению (9.1).

18.Определить uвх, iвх, uвых и iвых. Рассчитать по ним Кi ос, Rвх ос и Rвых ос.

19.Рассчитать Rвх ос по выражению (9.3) и Rвых ос по выражению (9.4).

20.Установить Rн=8к. Определить новое значение Кос на СЧ, DКос и Àос. Рас-

считать Àос по выражению (9.2).

21.Снять АЧХ и ФЧХ усилителя. Определить по АЧХ fн гр, fв гр.

22.Занести в табл. 9.3 требуемые экспериментальные параметры двухкаскад-

ного усилителя, исследованного в лабораторной работе № 8.

23. Модифицировать схему усилителя в соответствии с рис. 9.10 путем уда-

ления конденсатора С первого каскада и установки резистора ОС(R ) номиналом

э 5

0.5к.

24. Определить для данной схемы коэффициент b общей ОС. Все результаты расчетов и измерений заносить в табл. 9.3.

8

25. Снять АЧХ усилителя для коэффициентов передачи по току и напряже-

нию. Определить по ним Кåос, Кiåос, fн.гр åос и fв.гр åос.

26. Снять ФЧХ усилителя. Определить по ней jå ос на частотах 100 Гц и 10

кГц.

27. Определить тип ОС по входу и выходу для каждого усилителя.

Содержание отчета

1.Схемы экспериментов.

2.Заполненные таблицы.

3.Графики АЧХ и ФЧХ всех усилителей без ОС и с ОС.

4.Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Какая ОС сводит к нулю фазовые искажения в усилителе?

2.Как соотносится коэффициент передачи цепи ОСb с 1?

3.Какие существуют механизмы создания в усилителе ОС?

4.Как изменятся коэффициенты усиления двухкаскадного усилителя с ОС при увеличении сопротивления R5 в два раза?

5.Как изменится полоса пропускания двухкаскадного усилителя при удале-

нии из схемы емкости Сэ второго каскада?

9