5.5 Стабилизирующее влияние отрицательной обратной связи на режимы работы на постоянном токе.

ООСпри ее действии на усилительный каскад на постоянном токе уменьшает влияние дестабилизирующих факторов и разброса характеристик транзисторов при режиме работы усилительного на постоянном токе. Подобное влияниеООСраспространяется на все каскады охваченные петлейОС.

Действие петли ООСуменьшает воздействие дестабилизирующих факторов в число раз равное глубинеООСв соответствии с соотношением:

;, (5.6)

где: T-петлевая передача на постоянном токе, определенная относительно зажимов, к которым подключен эквивалентный генераторI₀илиU₀(отклонения тока и напряжения в каскаде без петлиООС).

Пример: Пусть имеется схема каскада (рис 5.8а) необходимо оценить возможные вариацииI_k коллекторного токаI_k0, когда построение этого каскада осуществляется из партии транзисторов с разбросомU_бэв пределах0,1В.

Решение:

В начале рассмотрим изменениеI_k=I₀при оборванной ООС, т.е. выводR₁соединяется не с коллектором транзистора, а например, с источником напряжения+3,5В. Схему рис.5.8а можно представить в виде обобщенной схемы (рис.5.8б).

В этой схеме:

(приближенное значение, т.к. не учитывается возможное влияние входной проводимости транзистора).

Используя соотношение :

,,

при m=1,3 , =100, найдем крутизну транзисторов:

входная проводимость:

Для биполярных транзисторов с использованием g-параметров измененияI_k0коллекторного тока может быть представлено в виде:

Учитывая, что R_э=0, и то , что нас интересует изменениеU_бэ, а не ,имеем:

Такие вариации I_k0при его номинальном значении5мАявляются недопустимыми, значит схема (рис.5.8а) с оборваннойОСи подключенииR₁кE=3,5В. использована быть не может.

Теперь рассмотрим схему (рис.5.8а) с петлей ОС. Разорвем петлюОС, введем эквивалентные резисторыZ’ иZ”(рис.5.8в) и определимТ.

Для этой схемы:

;

Имеем, что:

;

;

Тогда:



или так:

5.6 Линеаризующее воздействие отрицательной обратной связи на передаточные свойства нелинейных трактов.

5.6.1 Передаточные свойства нелинейных электрических цепей.

Важнейшей характеристикой нелинейной цепи, в том числе и усилительного тракта является сквозная передаточная характеристика(СПХ). ПодСПХ понимается зависимость интенсивности выходного сигнального тока или напряжения от интенсивности входного тока или напряжения. В данном случае могут использоваться как текущие, так и амплитудные значения токов или напряжений. В последнем случаеСПХ носит названиеамплитудной характеристики(АХ) (U_вых=f(U_вх)), рассмотренной ранее.

Обычно АХизмеряется с помощью синусоидальных входных сигналов. Следует отметить, что такаяАХ весьма приближенно отражает нелинейные свойства усилительных трактов.

В общем видерезультаты измеренийАХ зависят от формы испытательного сигнала, продолжительности проведения измерений, характеристики теплоотводящих цепей и т. д.

Наиболее полноепредставление о нелинейных свойствах усилительных трактов дает егоСПХ, снятая с помощью однополярных импульсных сигналов, следующих с большей скважностью, или же снятая непосредственно на постоянном токе. Последний способ, т.е. измерениеСПХна постоянном токе, используется наиболее часто при анализе усилителей постоянного тока. График подобнойСПХ представлены на рис.5.9а. Он характеризует как положительные, так и отрицательные изменения сигналов.

Наклоны СПХхарактеризуется производной:

Эта производная указывает на зависимость передаточных свойств, характеризуемых дифференциальным коэффициентом передачи (K’), от текущих значений сигнала.

На рис.5.9.б приведен график этой зависимости (СПХсоотв. рис.5.9а).

При рассмотрении нелинейных свойств усилительного тракта и его СПХ целесообразно в качестве аргумента использовать не U_вх, аU_вых. Это позволяет в более полной мере иметь представление о степени и характере возможных проявлений нелинейных свойств усилительного тракта. Так близость рабочей точки к линии насыщения или отсечки усилительного прибора в первую очередь определяется уровнем выходного сигнала и в малой степени значением коэффициента усиления в тракте, при котором этот уровень достигнут.

Преобразовав координаты (рис.5.9а, рис.5.9б) получим зависимость K=f(U_вых).

В диапазоне изменения U_выхвыходного сигнала передаточные свойства могут быть охарактеризованы средним значениемкоэффициента передачи. При этом среднее значение коэффициента передачи на интервалеU_выхравно :

(5.7)

где: U_вых2,U_вых1 - границы измененияU_вых.

U_вх2,U_вх1- границы измененияU_вх.

обычно при рассмотрении АХза начало отсчета принимаютU_вых1=U_вх1=0. Графикина рис.5.10а. В общем видеАХнелинейной цепи может быть представлены в виде:

.

Часто СПХне является функцией симметричной относительно начала координат, т.е. положительные и отрицательные значения сигналов на выходе не совпадают при симметричном по форме (синусоидальном) входном сигнале. Это делает затруднительным использованиеАХпри анализе нелинейных искажений. При несимметричнойСПХпрохождение сигнала по тракту сопровождается появлением дополнительных постоянных составляющих. Эти составляющие вызывают трудноконтролируемое отклонение режимов работы каскадов на постоянном токе от номинальных, кроме этого появляется зависимость измененияАХот вида испытательного сигнала.

Существенные отклонения АХмогут возникнуть, когда испытываемый тракт не является усилителем постоянного тока, а в качестве испытательного сигнала используется сигнал с малым значением пик-фактора (пик-фактор сигнала - отношение амплитуды сигнала к его действующему значению, для синусоидального сигнала это). К подобным сигналам относится синусоидальный сигнал.

Наименьшие погрешности при измерении СПХдостигаются, когда в качестве входного сигнала используется последовательность коротких импульсов со скважностьюQ (для этого сигнала пик-фактор равенQ). Этот вид сигнала позволяет проводить измеренияСПХкак в области положительных, так и отрицательных сигналов даже в усилительных трактах не являющимисяУПТ.