- •Автоматизация измерений, контроля и испытаний
- •Введение. Основные определения и термины
- •1. Принципы построения измерительных систем
- •1.1. Ввод аналоговых сигналов в измерительных системах
- •1.1.1. Датчики измерительных систем и устройства согласования
- •1.1.2. Измерительные коммутаторы
- •1.1.3. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
- •1.2. Оценка системных параметров многоканальных измерительных систем
- •1.3. Каналы передачи данных (интерфейс)
- •1.4. Устройства и системы ввода/вывода фирмы National Instruments
- •1.4.1. Системы согласования сигналов scxi и scc
- •1.4.2. Многофункциональные платы и устройства для сбора данных
- •1.4.3. Модульные измерительные системы стандарта pxi
- •1.4.4. Система распределенного ввода/вывода и промышленного управления FieldPoint
- •1.4.5. Реконфигурируемая контрольно-измерительная система CompactRio
- •1.5. Система дистанционного измерения и сбора измерительно-диагностической информации
- •1.5.1. Общая структура системы
- •1.5.2. Измерительная часть автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.3. Алгоритмы работы автоматизированной системы дистанционных измерений
- •1.5.4. Разработка схем подключения средств измерения
- •2. Сигналы и методы их исследования
- •2.1. Общие характеристики электрических сигналов
- •2.2. Методы исследования прохождения сигналов
- •2.3. Динамические модели преобразователей сигналов
- •2.4. Механические, тепловые и электрические аналогии
- •2.4.1. Механические элементы
- •2.4.2. Тепловые элементы
- •2.4.3. Электрические элементы
- •2.5. Фильтры
- •2.5.1. Фильтры нижних частот
- •2.5.2. Фильтры верхних частот
- •2.5.3. Полосовые фильтры
- •2.5.4. Полосно-подавляющие фильтры
- •3. Аналоговая обработка сигналов
- •3.1. Операционные усилители. Основные свойства
- •3.2. Параметры и характеристики оу
- •3.3. Обратная связь в усилителях
- •3.4. Влияние ос на параметры усилителей
- •3.5. Применение операционных усилителей
- •3.5.1. Инвертирующий усилитель
- •3.5.2. Неинвертирующий усилитель
- •3.5.3. Суммирующий усилитель
- •3.5.4. Дифференциальный усилитель
- •3.5.5. Измерительный усилитель
- •3.5.6. Интеграторы
- •3.5.7. Дифференциаторы
- •3.5.8. Нелинейные преобразователи на оу
- •3.6. Активные фильтры
- •4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи
- •4.1. Электронные ключи и коммутаторы
- •4.2. Цифро-аналоговые преобразователи
- •4.2.1. Общие положения
- •4.2.2. Цап с суммированием токов
- •4.2.3. Цап с внутренними источниками тока
- •4.2.4. Сегментированные цап
- •4.4.5. Цифровые потенциометры
- •4.2.6. Цап прямого цифрового синтеза
- •4.2.7. Параметры цап
- •4.3. Аналого-цифровые преобразователи
- •4.3.1. Общие положения
- •4.3.3. Ацп последовательного приближения
- •4.3.4. Последовательно-параллельные ацп конвейерного типа
- •4.3.5. Сигма-дельта ацп
- •5. Цифровая обработка сигналов
- •5.1. Общая характеристика цифровых сигналов и цифровых микросхем
- •5.2. Основы алгебры логики
- •5.3. Логические элементы
- •5.3.1. Типы логических элементов
- •5.3.2. Параметры логических элементов
- •5.4. Построение комбинационной логической схемы по заданной функции. Минимизация логических функций
- •5.5. Типы выходных каскадов цифровых элементов
- •5.6. Сложные логические элементы
- •6. Функциональные устройства на цифровых микросхемах
- •6.1. Системы счисления
- •6.2. Дешифраторы и шифраторы
- •6.3. Мультиплексоры и демультиплексоры
- •6.4. Компараторы кодов
- •6.5. Сумматоры
- •6.6. Триггеры
- •6.7. Регистры
- •6.8. Счетчики импульсов
- •6.9. Автоматизированные измерительные системы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
3.3. Обратная связь в усилителях
Обратной связью в усилителях называют явление передачи сигнала из выходной цепи во входную. Электрические цепи, обеспечивающие эту передачу, носят название цепей обратной связи. Структурная схема усилителя, охваченного цепью отрицательной обратной связи (ООС), приведена на рис. 3.8. В нем выходной сигнал усилителя (в виде напряжения Uвых) через цепь обратной связи частично или полностью подается к схеме сравнения (суммирования). В ней происходит вычитание сигнала ОС UОС из входного сигнала Uвх. В результате этого на вход усилителя поступает сигнал, равный разности входного сигнала и сигнала обратной связи UΣ.
Рис.
3.8. Усилитель, охваченный обратной
связью
Местной принято называть ОС, охватывающую отдельные каскады или части усилителя, а общей — такую ОС, которая охватывает весь усилитель.
Обратную связь называют отрицательной, если ее сигнал вычитается из входного сигнала, и положительной, если сигнал ОС суммируется с входным. При отрицательной ОС (ООС) коэффициент усиления усилителя уменьшается, а при положительной (ПОС) — увеличивается.
Из-за схемных особенностей усилителя и цепи ОС возможны варианты, когда ОС существует только для медленно изменяющейся составляющей выходного сигнала, либо только для его переменной составляющей, либо для всего выходного сигнала. В таких случаях говорят, что ОС реализована по постоянному, по переменному, а также по постоянному и переменному токам.
В зависимости от способа получения сигнала различают ОС по напряжению (рис. 3.9, а), когда снимаемый сигнал ОС пропорционален напряжению выходной цепи; ОС по току (рис. 3.9, б), когда снимаемый сигнал пропорционален току выходной цепи.
Рис.
3.9. Обратная связь по напряжению (а)
и по току (б)
Рис.
3.10. Обратная связь последовательная
(а)
и параллельная (б)
βU=UОС/Uвых, βI=IОС/Iвых,
а также коэффициент петлевого усиления K'β и (1–K'β) — глубину обратной связи.
3.4. Влияние ос на параметры усилителей
Рассмотрим, как изменяются основные параметры усилителя, охваченного ООС.
Рассмотрим неинвертирующий усилитель, обладающий конечным коэффициентом усиления и охваченный петлей ООС (см. рис. 3.8).
Коэффициент усиления усилителя при разомкнутой цепи обратной связи равен K'U, а благодаря обратной связи из входного напряжения вычитается часть выходного (βUвых). На вход усилителя поступает напряжение, равное Uвх–βUвых. Выходное напряжение больше входного в K'U раз:
Uвых=K'U(Uвх–βUвых) (3.1)
и коэффициент усиления по напряжению при замкнутой цепи ООС равен:
KU=K'U/(1+βK'). (3.2)
Обратная связь оказывает влияние практически на все основные характеристики усилителя. Введение ООС повышает стабильность основных характеристик усилителя. Если δK'=ΔK'U/K'U относительная нестабильность коэффициента усиления усилителя, где ΔK'U — абсолютная нестабильность, то относительная нестабильность коэффициента усиления усилителя, охваченного ООС,
δK=ΔKU/KU=δK'/(1+βK'U). (3.3)
Следовательно, в результате воздействия ООС нестабильность коэффициента усиления уменьшается в (1+βK'U) раз.
При βK'U >>1 коэффициент усиления усилителя, охваченного глубокой ООС, равен
KU≈1/β. (3.4)
Таким образом, коэффициент усиления усилителя, охваченного ООС, определяется только обратной связью и не зависит от параметров самого усилителя.
Применение ООС обеспечивает повышение стабильности коэффициента усиления при изменении параметров элементов, при смене активных элементов, изменении напряжения питания и т. д., снижение нелинейности, которая определяется изменениями коэффициента усиления в зависимости от уровня сигнала и собственных помех, возникающих в той части усилителя, которая охвачена ООС.
Отрицательная обратная связь позволяет уменьшить все воздействия на усилитель, охваченный ООС, но не компенсирует воздействий на цепь обратной связи. Поэтому в качестве элементов цепи ООС рекомендуется использовать резистивные делители, выполненные на высокостабильных резисторах.
ООС оказывает влияние на входное и выходное сопротивление усилителя. Последовательная ООС увеличивает входное сопротивление, что является положительным фактором:
Zвх. ОС=Zвх(1+βK'U), (3.5)
где Zвх. ОС, Zвх — входное сопротивление усилителя соответственно с ООС и без ОС.
Параллельная ООС уменьшает входное сопротивление усилителя Zвх. ОС в (1+βK'U) раз.
Введение ООС по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя
Zвых. ОС=Zвых/(1+βK'U), (3.6)
а ООС по току увеличивает Zвых на то же значение. Упомянутые схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителя содержат ООС по напряжению.