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

63 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

64497. Сравнительный анализ трехмерных методик в человеко-компьютерных интерфейсах 1.18 MB
  Разработка программного обеспечения, моделирующего психологический тест в рамках среды виртуальной реальности. В разработке используются среда Visual Studio 2003 и библиотека OpenGL
64498. Инновация. Функции инноваций 15.67 KB
  Шумпетер: Инновация это новая научно-организационная комбинация производственных факторов мотивированная предпринимательским духом. Твис: Инновация это процесс в котором изобретение или идея получает экономическое содержание.
64499. Способ производства как социально-экономическая и технико-производственная целостность 46 KB
  Способ производства исторически определённый способ добывания материальных благ необходимых людям для производственного и личного потребления; представляет собой единство производительных сил и производственных отношений.
64501. Преднаука и философия познания в античном мире (доклассический период) 38.5 KB
  Спецификой греческой философии особенно в начальный период ее развития является стремление понять сущность природы космоса мира в целом. Он учил что основой мира является число.
64502. ЖК и ЭЛТ мониторы: плюсы и минусы. 29 KB
  В последнее время очень большой популярностью стали пользоваться ЖК мониторы а ЭЛТ мониторы почемуто отошли на задний план. Первый и самый значимый плюс ЖК монитора в том что он компактен и занимает мало места в отличие от своего собрата ЭЛТ.
64503. Эссе по роману П.Коэльо «Алхимик» о секрете счастья 10.13 KB
  Что ведет к подлинному счастью Беглый взгляд на нашу собственность и приоритеты на наше общество и средства массовой информации со всей очевидностью показывает что именно большинство людей искренне считают приносящим подлинное счастье: вещи причем самые разные.
64504. Творческий вклад Л.Н.Гумилёва в историческую науку. Фазы этногенеза и их характеристика. Примерная периодизация 21.55 KB
  Открытие формирование нового этноса связано с наличием у некоторых индивидов внутреннего стремления к целенаправленной деятельности всегда связанной с изменением окружающего общества или природы причём достижение цели часто губительно...
64505. Понятие права, его сущность и социальное назначение 29 KB
  Профессиональное понимание права практикующими юристами обыкновенно базируется на определении права как совокупности правовых норм право в объективном смысле исходящих от государства или поддерживаемых им в качестве масштаба средства решения юридических дел.