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

67 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

49102. Анализ помехоустойчивости и эффективности системы передачи информации 525 KB
  В приемном устройстве ПРУ системы принятая смесь сигнала и шума подвергается некогерентной НП обработке с последующим поэлементным принятием решения методом однократного отсчета. Рассчитать: априорные вероятности и передачи нуля и единицы по двоичному ДКС; ширину спектра сигнала ИКМ. Рассчитать и построить спектр сигнала дискретной модуляции и определить ширину его спектра . Рассчитать: приходящуюся в среднем на один двоичный символ бит мощность и амплитуду сигнала дискретной модуляции необходимую для обеспечения...
49103. Реализация алгоритмов решения задач при проектировании САУ с использованием объектно-ориентированного языка программирования C++ 810 KB
  Найти минимальное значение целевой функции. Недостатком является требование задания целевой функции в аналитическом виде унимодальности целевой функции в заданном интервале изменения переменной дифференцируемости целевой функции. Найти значения целевой функции в пробных точках . Определить минимальное значение целевой функции путем сравнения значений функции в пробных точках Метод равномерного поиска требует выполнения большого числа вычислений.
49104. Проектирование информационных систем 723.5 KB
  Информация об управляющей компании Цель компании ЛОИС помочь предприятиям в повышении эффективности бизнеса и качества предоставляемых услуг за счёт применения информационных систем разработанных компанией. Информация об управляющей компании Управляющая компания оказывает услуги доверительного управления клиентам. Компания совершает операции с собственными активами и также предоставляет оперативную отчётность о состоянии собственных активов компании акционерам и руководству компании.
49105. Прогнозирование результатов спортсменов 486 KB
  Работа над проектом Для решения поставленной задачи будем использовать персептрон основанный на нейронной сети с 14ю входами с 1 выходным и с одним скрытым слоем. Одна из наиболее привлекательных для пользователя сторон нейросетевой технологии обеспечившая ей нынешнюю всеобщую популярность отсутствие необходимости в детальном программировании процесса решения задачи; возможность решения даже тех задач для которых отсутствуют алгоритмы решения; возможность адаптации к условиям функционирования обучения и переобучения....
49107. Ревизия (аудит) расчетов с депонентами, по претензиям, по возмещению материального ущерба, с разными дебиторами и кредиторами 103.25 KB
  Дебиторская задолженность - сумма долгов, причитающихся объединению, предприятию, организации, учреждению от юридических или физических лиц в итоге хозяйственных взаимоотношений с ними. Кредиторская задолженность - денежные средства предприятия, организации или учреждения, подлежащие уплате соответствующим юридическим или физическим лицам.
49108. Дослідження соціалізації дітей дошкільного віку 361.5 KB
  Пошук основних особистісних та середовищних детермінант, що визначають ті проблеми, з якими стикаються діти дошкільного віку, а також основні підходи щодо процесу соціалізації та адаптації, є актуальним завданням в сучасних умовах трансформації освіти України.
49109. Архитектура и системы команд микропроцессора К580. Достоинства и недостатки ассемблера 119.5 KB
  Недостатки ассемблера ВВЕДЕНИЕ Достоинства ассемблера Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы что позволяет создавать более эффективные программы с меньшими затратами ресурсов. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА В результате выполнения программы мы должны получить в регистре В значение равное 0. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММЫ Для реализации поставленной задачи нужно запомнить входные данные В программе осуществляется последовательное увеличение содержимого ячейки 6000h на 1 путем...
49110. Загрузить в ячейку памяти с адресом 6000h число 100 и уменьшать его на единицу, пока результат не станет равен нулю 146.5 KB
  Именно языки программирования высокого уровня и их наследники в основном используются в настоящее время в индустрии информационных технологий. Однако, языки ассемблера сохраняют свою нишу, обуславливаемую их уникальными преимуществами в части эффективности и возможности полного использования специфических средств конкретной платформы.