Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ПОПОВ ОСНОВЫ АНАЛОГОВОЙ ТЕХНИКИ.pdf
Скачиваний:
942
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
2.27 Mб
Скачать

пользуя обычные методы расчета электрических цепей. Так, на основании методов контурных токов или узловых потенциалов можно составить систему уравнений для полной эквивалентной схемы усилителя и решить её относительно соответствующих токов и напряжений. При этом расчет показателей усилителя потребовал бы гораздо большего времени, чем простая подстановка известных параметров четырёхполюсника, источника сигнала и нагрузки в полученные выше формулы. Вместе с тем эти методы широко используются при разработке различных машинных программ для расчета усилителей.

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.

2.2.Использование обратной связи в АЭУ

2.2.1.Виды обратной связи

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.

43

На рис. 2.4 дана структурная схема АЭУ с обратной связью. На этой схеме имеются: И.С. - источник сигна-

И.С.

 

К

 

 

Н

ла; К - усилитель; Н - нагрузка; b - цепь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обратной связи. На входе усилителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

происходит сложение сигнала (тока или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β

 

 

 

 

напряжения), поступающего от генера-

 

 

 

 

 

 

 

 

тора, и сигнала, вернувшегося по цепи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обратной связи, т.е. с выхода усилителя.

 

 

 

Рис. 2.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если сигнал на входе усилителя совпа-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дает 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.

44

 

 

 

&

 

 

 

&

 

 

 

I2

 

 

 

I2

 

K

&

R2

 

K

&

R2

 

U2

 

U2

 

β

&

 

 

β

&

 

 

UOC

 

 

UOC

 

 

а

 

 

 

б

 

 

 

R1

&

 

 

R1

&

 

 

I1

 

 

I1

 

&

&

&

K

&

&

&

K

E1

U1F

U1

E1

U1F

U1

 

 

 

 

 

 

&

 

 

 

 

 

 

 

UOC

 

 

 

&

β

 

 

 

β

 

 

UOC

 

 

 

 

в

 

 

 

 

г

 

Рис. 2.5

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 изменениям

45

свойств усилителя и называется паразитной.

2.2.2. Использование параметров четырехполюсника для описания

усилителей с обратной связью

Усилитель, охваченный обратной связью, представляет собой соединение двух четырехполюсников - собственно усилителя и четырехполюсника обратной связи. Каждый из этих двух четырехполюсников описывается собственной системой уравнений. Нахождение параметров такого сложного четырехполюсника через параметры четырехполюсников усилителя и цепи обратной связи осуществляется по правилам, которые изучались ранее в курсе теории цепей. При этом для каждого типа обратной связи выбирается наиболее подходящая система параметров.

&

&

 

&

&

I1

IУ1

 

IУ2

I2

&

&

YУ

&

&

U1

UУ1

UУ2

U2

 

&

 

&

 

 

IB1

 

IB2

 

 

&

YB

&

 

 

UB1

UB2

 

Рис. 2.6

Рассмотрим усилитель, охваченный обратной связью по напряжению, параллельной по входу (рис. 2.6). На этой схеме обозначения с индексом "У" относятся к параметрам четырехполюсника усилителя без обратной связи, а с индексом "В" - к четырехполюснику обратной связи; параметры всего сложного четырехполюсника вводятся без индекса. Наиболее удобно использовать для описания такого усилителя систему У-параметров. Из рис. 2.6 следует

&

&

 

&

 

&

&

 

&

,

I1

= IУ1

+ IB1 ,

 

I2

= IУ2

+ IB2

&

&

 

&

,

&

&

 

&

(2.14)

 

 

 

U1

= UУ1

= UB1

U2

= UУ2

= UB2 .

46

Учитывая эти равенства, можно записать систему уравнений для всего усилителя с обратной связью:

I1 = (YУ11 + YВ11)U1 + (YУ12 + YВ12)U2

(2.15)

I2 = (YУ21 + YВ21)U1 + (YУ22 + YВ22)U2

Для реального усилителя с обратной связью параметры, стоящие в круглых скобках, могут быть упрощены. Так, в реальном усилителе всегда существует следующее неравенство:

YУ11 > YВ11 ,

так как цепь обратной связи не должна дополнительно нагружать источник сигнала. При таком условии имеем

YУ11 + YВ11 = YУ11 .

(2.16)

Аналогичные условия относятся и к выходным проводимостям, т.е.

YУ22 + YВ22 = YУ22 .

(2.17)

Параметр YУ21 активного элемента, характеризующий усилительные свойства усилителя, всегда существенно больше параметра YВ21,так как цепь обратной связи, являющаяся пассивным четырехполюсником, может только ослаблять сигнал, следовательно:

YУ21 +YВ21 = YУ21 .

(2.18)

Параметр YУ12 определяет внутреннюю паразитную обратную связь, негативно влияющую на показатели усилителя. Поэтому всегда стремятся уменьшить ее влияние по сравнению с целенаправленно вводимой внешней обратной связью. Следовательно,

YУ12 < YВ12 и YУ12 + YВ12 = YВ12 .

(2.19)

С учетом (2.16 - 2.19) систему уравнений для усилителя с обратной связью можно переписать в следующем виде:

47