22383

Обратная связь (ОС) в усилителях

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Влияние ОС на стабильность Ку Однако уменьшая Ку ООС увеличивает его стабильность. стабильность коэффициент усиления в усилителе с ООС в 1 раз выше чем в усилителе без ООС. Пример Пусть усилитель имеет Ку=100 и охвачен ООС причем коэффициент передачи цепи ОС . Стабилизация коэффициента усиления при введении ООС объясняется тем что увеличение усиления за счет любых причин вызывает возрастание напряжения ОС что вызывает уменьшение входного напряжения т.

Русский

2013-08-04

154 KB

64 чел.

Лекция 9

Содержание лекции

Обратная связь (ОС) в усилителях. Влияние ОС на параметры усилителя.

9. Обратная связь (ОС) в усилителях

Часто применяются схемы, у которых часть энергии выходного (полезного) сигнала передается на вход. В этом случае говорят о действии обратной связи. Передача сигнала с выхода на вход осуществляется по цепям обратной связи. Если напряжение ОС пропорционально напряжению выходного сигнала, то говорят об ОС по напряжению (рис.9.1). Если напряжение ОС пропорционально току выходного сигнала, то говорят об ОС по току (рис.9.2). Возможна и смешанная ОС. Сигнал ОС может подаваться последовательно или параллельно с входным сигналом. Соответственно говорят о последовательной или параллельной ОС (рис.9.3 и 9.4).

           

Рисунок 9.1  – Структурная схема усилителя с обратной                          Рисунок 9.2  – Структурная схема усилителя с обратной

связью по напряжению             связью по току

 

Рисунок 9.3 – Структурная схема усилителя с                   Рисунок 9.4  – Структурная схема усилителя с              последовательной обратной связью                                       параллельной   обратной связью

На схеме (рис.9.5) приведена структурная схема усилителя с параллельной ОС по току.

ОС характеризуется коэффициентом ОС    ,  показывающим, какая часть напряжения с выхода передается на вход усилителя: .


9.1. Влияние обратной связи на коэффициент усил
ения

Обозначим через:

Ку     -  коэффициент усиления усилителя без ОС,

Куос - коэффициент усиления усилителя, охваченного ОС,

Uс    - напряжение источника сигнала,

Uвх  - напряжение на входе усилителя,   

UOC   - напряжение ОС.

Получим выражение для   Куос = F(Ку).

Найдем       

,       ,

.

Отсюда

Преобразовав, получим   

где           фактор  ОС,

            глубина  ОС.

Для отрицательной ОС   и   ,  т.е.        

Для положительной ОС   и   , т.е.        

При положительной ОС коэффициент усиления усилителя увеличивается.

Если , то       и в системе могут возникать колебания даже при отсутствии входного сигнала. Усилитель самовозбуждается, превращаясь в генератор.

9.2. Влияние ОС на стабильность Ку

Однако, уменьшая Ку, ООС увеличивает его стабильность. Для доказательства рассмотрим выражение  , взяв производную по Ку:  

   

Затем, помножив числитель и знаменатель на    , получим

.                 

Откуда  ,

т.е. стабильность      (коэффициент  усиления  в  усилителе с ООС)  в (1+ ) раз выше, чем в усилителе без ООС.

Пример

    Пусть усилитель имеет Ку=100 и охвачен ООС, причем коэффициент    передачи цепи ОС   . Тогда

Пусть КU возрос на 30%, т.е. KU стал равным 130. При этом  т.е.   КУОС изменился всего на 2%.

Стабилизация коэффициента усиления при введении ООС объясняется тем, что увеличение усиления (за счет любых причин) вызывает возрастание напряжения ОС, что вызывает уменьшение входного напряжения, т.е. ООС препятствует любым изменениям величины коэффициента усиления.

9.3. Влияние последовательной ООС на Rвх  

Для последовательной ООС  

U– UOC = UВХ,

а  ,                    

т.е. входное сопротивление усилителя при введении последовательной ООС возрастает, т.к. на  входе   усилителя   приложено   разностное     напряжение UC–UОС  и  значит входной ток уменьшается.

Увеличение входного сопротивления, как правило, явление положительное.

9.4. Влияние ООС на  Rвых

Убедимся, что ООС уменьшает выходное сопротивление.

Для определения ZВЫХ ОС вспомним, что в усилителе без ОС  ΔUВЫХ=ZВЫХ·ΔIВЫХ.

Если ООС по напряжению, то выходное напряжение изменяется не только под влиянием тока нагрузки, но и от изменения сигнала ОС на входе усилителя:

ΔUВЫХ ОС=ZВЫХ·ΔIВЫХ - ΔUВЫХ ОС·β·КУ.

Отсюда ,

т.е. выходное сопротивление усилителя уменьшается в  раз.

9.5. Влияние ООС на нелинейные искажения

Для коэффициента гармоник  справедлива следующая формула:

,

т.е. нелинейные искажения уменьшаются в    раз.

Физический смысл этого: при действии ООС   на вход усилителя будет подаваться не только напряжение сигнала, но и напряжения искажений, находящееся в противофазе с возникающими искажениями.

Если увеличить амплитуду входного сигнала, то уменьшатся (относительно) нелинейные искажения.

9.6. Влияние ООС на частотные искажения

Пусть,                              , т.е. усиление на низших частотах меньше, чем на средних. Вводим ООС и тогда

          ,

где  КСР  и КНСРОС и КНОС) - коэффициенты усиления на средних и низших частотах без ОС и с ОС.

Так как КН < КСР,  то МН ОС < МН. При глубокой  ООС                  >> 1 и МНОС МН, т.е. коэффициент частотных искажений при введении ООС становится меньше.

Рассмотрим АЧХ (рис.9.6). Видно, что полоса пропускания усилителя изменяется при введении ПОС и ООС.

Физически увеличение полосы пропускания объясним так.

Действие ООС в соответствии с АЧХ различно на различных частотах. Там, где есть подъем АЧХ  ООС ослабляет усиление. Там, где спад - ослабление меньше, т.е. АЧХ выравнивается, сглаживается.

9.6. Данные о влиянии ООС на характеристики усилителя

Итак, основные выводы по действию ОС.

  1.  В усилителях применяют в основном только ООС.
  2.  ООС уменьшает величину Ку.

3. ООС увеличивает стабильность Ку.

4. ООС изменяет входное и  выходное сопротивления усилителя (табл.9.1).

 Таблица 9.1 – Изменение величин RВх и RВЫХ  при действии ООС

Тип    ОС

Изменение RВХ

Изменение RВЫХ

Параллельная ООС по напряжению           

RВХОС  < RВХ

RВЫХОС < RВЫХ

Параллельная ООС по току                          

RВХОС  < RВХ

RВЫХОС > RВЫХ

Последовательная ООС по напряжению     

RВХОС  > RВХ

RВЫХОС < RВЫХ

Последовательная ООС по току                   

RВХОС  > RВХ

RВЫХОС > RВЫХ

5. ООС уменьшает частотные и нелинейные искажения усилителя, расширяет  динамический диапазон усилителя и его полосу пропускания.

6.Так как обычно выходной каскад усилителя работает при больших амплитудах выходного сигнала, наиболее часто ООС используют в мощных (выходных) каскадах для уменьшения коэффициента нелинейных искажений.

При этом увеличивается динамический диапазон усилителя.

7.Положительная ОС (ПОС) уменьшает динамический диапазон усилителя

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Определите, во сколько раз уменьшится  коэффициент усиления усилителя К=200 при охвате его последовательной ООС по напряжению с β=0.05 (рис.9.7).   

2.В схеме усилителя  (ри.9.7)  с  Кос=10  произошло короткое  замыкание  резистора R2.  До  какой

величины изменится коэффициент усиления схемы? Параметры цепи ОС: R1=10 кОм, R2=0.5 кОм.

3.Для усилителя, охваченного ООС (рис.9.7), определите значения:

а) U, Uoc, Koc, если Uвх=0.16B, K=30, Uвых=1.2B;

б) Uвх, Uoc, Koc, если β=0.02, K=40, Uвых=5B;

в) Uвых, Uoc, Koc, U, если β=1, K=20, Uвх=5B.

4.Изменение коэффициент усиления усилителя с К=1000 составляет ±10%. Определите, с каким коэффициентом β необходимо подключить цепь ООС, чтобы изменение коэффициента усиления не превышало ±2%. Определите значение коэффициента усиления Кос после введения ООС.

Рис.9.7. Схема усилителя с последовательной ООС по напряжению

Цепь ОС

ZH1

Rвх

ZH2

  Rн

Цепь ОС

ZH

R

Rвых

епь ОС

UС

Uвх

Цепь ОС

UС

Uвых

f

KU

с ПОС

без ОС

с ООС

Рисунок 9.6 – Изменение динамического диапазона усилителя при действии ОС

Цепь ОС

KU

R1

R2

Rи

Eи

U

Uoc

+

+

Iвх


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81242. Цели и задачи обучения информатике в средней школе. Педагогические функции курса информатики. Структура обучения информатике в общеобразовательной школе 35.38 KB
  Федеральный компонент структурирован по ступеням общего образования начальное общее основное общее среднее полное общее образование; внутри ступеней по учебным предметам Изучение информатики и ИКТ направлено на достижение следующих целей: освоение знаний составляющих основу научных представлений об информации информационных процессах системах технологиях и моделях; овладение умениями работать с различными видами информации с помощью компьютера и других средств информационных и коммуникационных технологий ИКТ организовывать...
81243. Стандарт школьного образования по информатике. Назначение и функции общеобразовательного стандарта в школе 34.46 KB
  Общеобразовательный стандарт по информатике является нормативным документом определяющим требования: к месту базового курса информатики в учебном плане школы; к содержанию базового курса информатики в виде обязательного минимума содержания базового образования; к уровню подготовки учащихся в виде набора требований к ЗУНам и научным представлениям школьников; к технологии и средствам проверки и оценки достижений учащихся. технологии в обществе. и Информационные технологии: обработка текста; обработка графики; мультимедийные...
81244. Пропедевтика основ информатики в начальной школе: цели и задачи, анализ учебных и методических пособий 36.98 KB
  Рассмотрим программу курса информатики для III IV классов начальной общеобразовательной школы составители: а. Первин Цель этого курса развитие алгоритмического подхода к решению задач формирование представлений об информационной картине мира практическое освоение компьютера как инструмента деятельности. Содержание программы курса формировалось вокруг четырех основных направлений пронизывающих все темы курса: 1. Содержание и методика курса нацелены на формирование творческих исследовательских качеств.
81245. Место курса информатики в системе учебных дисциплин. Базисные учебные планы. Анализ школьных программ по информатике в общеобразовательной школе 37.67 KB
  А в это же самое время уже шла работа над созданием новой концепции так называемого базисного учебного плана БУП. утвердило и ввело в действие первую версию российского БУП общеобразовательных учреждений в котором в максимальной степени должны были учитываться и интересы государства и интересы региона и интересы образовательного учреждения т. БУП сам по себе не является рабочим учебным планом для школы он лишь представляет собой основу для разработки регионального базисного учебного плана на основе которого в свою очередь школа...
81246. Программное обеспечение курса информатики в общеобразовательной школе. Оборудование школьного кабинета информатики: материальная база и санитарные нормы 37.59 KB
  Помимо компьютерного оборудования кабинет информатики рекомендуется оснащать: Набором учебных программ для изучения курса информатики и отдельных разделов иных учебных предметов; Заданиями для осуществления индивидуального подхода при обучении организации самостоятельных работ и упражнений за ПЭВМ; Комплектом учебнометодической научнопопулярной справочной литературы; Журналом вводного и периодического инструктажей учащихся по технике безопасности; Журналом использования КУВТ на каждом рабочем месте; Журналом сведений об отказах...
81247. Методическая система и организация обучения информатике в школе: урок как основная форма обучения информатике. Подготовка к уроку информатики. Дидактические особенности учебных занятий по информатике 38.5 KB
  Школьный урок образует основу классноурочной системы обучения характерными признаками которой являются: постоянный состав учебных групп учащихся; строгое определение содержания обучения в каждом классе; определенное расписание учебных занятий; сочетание индивидуальной и коллективной форм работы учащихся; ведущая роль учителя; систематическая проверка и оценка знаний учащихся. Роль учителя во время фронтальной лабораторной работы наблюдение за работой учащихся в том числе и через локальную сеть КВТ а также оказание им оперативной...
81248. Понятие педагогического программного средства (ППС). Типы ППС. Требования к разработке ППС 39.36 KB
  Например в институте средств обучения РАО выделили несколько классификационных критериев типологии педагогических программных средств: По предметному содержанию; По функции: диагностические контролирующие обучающие демонстрационные справочноинформационные формирующие тренажерные; По степени активности учащихся которая определяется структурой и характером деятельности программы рассчитанные на минимальную степень активности демонстрационные на максимальную степень конструирующие программы; По целевой группе пользователя ...
81249. Цели и основные формы дополнительного изучения основ информатики и её приложений в средней школе. Организационные формы и содержание внеклассной работы 38.38 KB
  Организационные формы и содержание внеклассной работы. Кружок по информатике предназначен для привлечения учащихся младших классов для формирования пропедевтических навыков работы с компьютером. Кружковая работа со старшеклассниками возможна при организации групп для работы в телекоммуникационных сетях. Все большее значение в организации внеурочной работы со школьниками приобретает участие в телекоммуникационных проектах конкурсах грантов и пр.