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

65 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

83476. Поняття і види територій в міжнародному праві 35.51 KB
  За правовим режимом територія поділяється на три основні види: 1 державна територія; 2 міжнародна територія; 3 територія із змішаним режимом. Державна територія це частина простору земної кулі що знаходиться під суверенітетом держави яка здійснює відносно неї і в її межах своє територіальне верховенство. Територія із змішаним режимом територія на якій одночасно діють норми міжнародного та національного права. До територій зі змішаним режимом також відноситься державна територія міжнародного користування що включає міжнародні річки...
83477. Демілітаризовані і нейтралізовані території 36.41 KB
  Демілітаризована територія - це територія, відносно якої держава прийняли міжнародне зобовязання скоротити або взагалі не розташовувати в її межах військові укріплення і споруди, певні види озброєнь збройних сил. Такі території створюються на основі міжнародних угод з метою забезпечення міжнародної безпеки.
83478. Поняття та склад державної території 35.77 KB
  До складу державної території входять: сухопутна територія поверхня суші включаючи острови; водна територія акваторія що включає внутрішні води і територіальне море; земні надра; повітряний простір розташований над вищевказаними просторами. До внутрішніх вод відносяться: води портів; води заток бухт лиманів ширина входу в які не перевищує 24 морські милі; води заток бухт лиманів і проток ширина входу в які перевищує 24 морські милі але які історично належать даній державі; води річок озер і інших водоймищ що...
83479. Способи придбання території 37.79 KB
  Способи придбання державної території поділяються на первини і похідні. Сьогодні до первинних способів придбання державної території відноситься прирощення території який полягає у встановленні державою суверенітету над утворюваними новими ділянками суші поява яких повязана як з природними процесами наприклад землетрусом так і з діяльністю людини спрямованою на збільшення території держави наприклад намивання нових ділянок території в морі. Похідні способи полягають у переході території однієї держав до складу території іншої як на...
83480. Державні кордони 38.17 KB
  Міжнародне право зобовязує утримуватися від будьяких посягань на кордони інших держав від будьяких вимог або дій спрямованих на захоплення частини або всієї території будьякої держави. Кордони можуть змінюватися відповідно до міжнародного права мирним шляхом. Відомі також випадки коли традиційні кордони визнаються без договірного оформлення спираючись на норми звичаєвого права.
83481. Міжнародні річки 38.03 KB
  Міжнародні річки річки що протікають по території декількох держав або розділяють території декількох держав. Розрізняють власне міжнародні річки судноплавні річки що мають вихід до моря і використовуються для цілей інтенсивного торгового судноплавства; трансграничні багатонаціональні річки ті що протікають по території декількох держав і що не мають виходу до моря вони або несудноплавні або судноплавство по них носить місцевий характер; та прикордонні річки що розділяють території держав. Більш того прибережні держави спільно...
83482. Правовий режим Антарктики. Система договору про Антарктику 37.85 KB
  З метою визначення міжнародноправового режиму Антарктики 1 грудня 1959 р. Для сприяння реалізації цілей і принципів Договору створен; Консультативна рада що надає свої рекомендації національним урядам та готує проекти конвенцій щодо ресурсів Антарктики. Конвенція про збереження морських живих ресурсів Антарктики 1980 р.
83483. Режим Антарктики. Секторальний принцип розподілу арктичних просторів 38.21 KB
  Природні ресурси військовостратегічна безпека міжнародні сполучення ось причини уваги яка приділяється режиму Арктики. Правовий режим Арктики встановлюється міжнародним правом а також законами приарктичних держав. Простори Арктики історично поділені між Росією Канадою США Данією та Норвегією на п\'ять секторів.
83484. Концепція загальної спадщини людства 38.35 KB
  З часом вона стала концепцією загальної спадщини людства поширивши захист на інтереси не тільки нинішнього але і майбутніх поколінь. У позитивне міжнародне право концепція загальної спадщини була введена Договором про принципи діяльності держав по дослідженню і Використанню космічного простору включаючи Місяць і інші небесні тіла 1967 р. Вони отримали право на участь у встановленні режиму загальної спадщини і в його використанні за ними закріплене праві виходу до моря через територію прибережних держав.