- •Часть II
- •Общие сведения…………………………………………………………. 46
- •Общие сведения………………………………………………………… 51
- •Общие сведения……………………………………………………………. 80
- •Основные сокращения
- •1. Обратные связи в аэу
- •1.1. Основные понятия
- •1.2. Влияние ос на передаточные свойства устройства
- •1.3. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
- •1.4. Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи
- •1.5. Влияние обратной связи на амплитудно-частотную, фазочастотную и переходную характеристики
- •1.6. Влияние обратной связи на внутренние помехи
- •1.7. Влияние обратной связи на нелинейные искажения
- •1.7. Устойчивость устройств с обратной связью
- •2. Режимы работы и цепи питания усилительных элементов
- •2.1. Режимы работы усилительных элементов
- •2.1.1. Режим а
- •2.1.2. Режим в
- •2.1.3. Режим с
- •2.1.4. Режим d
- •2.2. Температурная нестабильность режима биполярного транзистора
- •2.3. Температурная нестабильность режима полевого транзистора
- •2.4. Методы стабилизации
- •2.5. Обобщенная схема задания и стабилизации рабочей точки
- •2.6. Схема эмиттерной стабилизации
- •2.7. Схема коллекторной стабилизации
- •2.8 Цепи питания полевых транзисторов
- •2.8.1. Цепи питания с фиксацией напряжения на затворе
- •2.8.2. Схемы истоковой стабилизации
- •2.9. Генераторы стабильного тока
- •3. Каскады предварительного усиления
- •3.1. Особенности каскадов предварительного усиления
- •3.2. Резисторный каскад на биполярном транзисторе
- •3.2.1. Принципиальная и эквивалентная схемы
- •3.2.2. Область средних частот
- •3.2.3. Область нижних частот и больших времен
- •3.2.4. Область верхних частот и малых времен
- •3.3. Коррекция амплитудно – частотных и переходных характеристик
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Схема эмиттерной высокочастотной коррекции
- •3.3.3. Схема индуктивной высокочастотной коррекции
- •3.3.4. Схема низкочастотной коррекции
- •3.4. Дифференциальный каскад
- •3.4.1. Общие сведения
- •3.4.2. Принцип действия
- •3.4.3. Параметры дифференциального каскада
- •3.5. Усилительные каскады на составных транзисторах
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Резисторный каскад на составном транзисторе
- •3.6. Усилительные каскады с динамическими нагрузками
- •4. Устойчивость операционных усилителей
- •4.1. Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока
- •4.2. Условия устойчивости операционных усилителей
- •4.3. Коррекция ачх операционных усилителей
- •4.4. Косвенные признаки относительной устойчивости
- •4.5. Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость оу
- •4.6. Частотная коррекция в цепи ос
- •5. Обработка аналоговых сигналов операционными усилителями
- •5.1. Инвертирующий усилитель
- •5.2. Неинвертирующий усилитель
- •5.3. Суммирующий усилитель
- •5 .4. Дифференциальный усилитель
- •5 .5. Интегратор
- •5.5. Дифференциатор
- •5.7. Логарифмирующие и антилогарифмирующие усилители
- •6. Перемножители напряжений
- •Общие сведения
- •6.2. Перемножители с переменной крутизной
- •6.3. Интегральные перемножители и их параметры
- •Особенности применения интегральных перемножителей
- •7. Компараторы напряжения
- •7.1. Назначение, параметры
- •7.2. Особенности применения полупроводниковых компараторов
- •7.3. Специализированные компараторы на операционных усилителях
- •Однопороговые компараторы
- •Регенераторные компараторы
- •Двухпороговые компараторы
- •8. Литература
1.2. Влияние ос на передаточные свойства устройства
Основное назначение ОС – передача сигнала с выхода устройства на его вход. Кроме того, существует и побочное (как правило нежелательное) влияние ОС на параметры и характеристики устройства. Во-первых, ЦОС шунтирует вход и выход устройства. Во-вторых, через ЦОС сигнал может просачиваться и в прямом направлении: с входа устройства на его выход. Классическая теория ОС пренебрегает побочным влиянием ОС, считая устройство с ОС однонаправленной системой (передача сигнала происходит только по направлениям, указанным стрелками на рис. 1.1), состоящей из взаимно независимых функциональных элементов: устройства и ЦОС. Однако, если допущение об однонаправленности системы имеет место для большинства реальных схем с ОС, то пренебрежением шунтирующим влиянием ЦОС может привести не только к количественным, но и качественным неверным выводам о характере воздействия ОС на параметры устройства.
Проблема учета взаимного влияния устройства и ЦОС решается наиболее просто, если для исследования систем с ОС использовать метод четырехполюсника (разд. 3.2 в [1] ), основанный на представлении устройства с ОС в виде регулярного встречного соединения двух трехполюсников: устройства без ОС и ЦОС, так как вход ЦОС подключен к выходу устройства, а выход ЦОС – к его входу. Так, например, параллельную ОС по напряжению (рис.1.2 в) можно рассматривать как встречное регулярное параллельное соединение этих трехполюсников. В табл. 3.1 [1] приведены y – параметры согласного соединения (вход со входом, выход с выходом) трехполюсников. Индексы "I" и "II" означают принадлежность y – параметров к устройству и ЦОС. Для перехода к y – параметрам встречного соединения необходимо сделать замену: , , , . Зная y – параметры соединения и воспользовавшись табл. 4.1 [1], можно найти выражение для параметров устройства с ОС.
Рассмотрим изложенную методику на примере вывода выражения для сквозного коэффициента передачи по напряжению усилителя, охваченного параллельной ОС по напряжению (рис. 1.2, в).
Для встречного регулярного параллельного соединения двух трехполюсников (ЦОС и устройством без ОС)
(1.1)
Допущения об однонаправленности системы математически записывается как и .
Подставляя y – параметры из (3.1)в выражения для сквозного коэффициента передачи по напряжению любого линейного четырехполюсника (табл. 4.1 [1])
(1.2)
и полагая, что условие однонаправленности системы выполняется, получим
, (1.3)
где индекс "F" означает принадлежность данного параметра устройству, охваченного ОС, , - проводимости источника сигнала и нагрузки.
При исследовании конкретных схем с ОС разделение схемы на ЦОС и основное устройство часто вызывает затруднения. Поэтому логичнее устройство с ОС представить в виде соединения каналов прямой и обратной передач (КПП и КОП). КПП отвечает за передачу сигнала в прямом направлении, т.е. с входа устройства на его выход, а КОП – в обратном: с выхода на вход. Если принять допущения классической теории ОС (однонаправленность и взаимная независимость каналов), то коэффициенты передачи КПП и КОП будут совпадать с коэффициентами передачи устройства без ОС и ЦОС.
При определении коэффициента передачи КПП ( * ) будем учитывать шунтирующее влияние КОП (ЦОС). При нахождении же коэффициента передачи КОП влиянием КПП пренебрегаем, т.к. взаимное влияние каналов было уже учтено при определении * . Такое разделение КПП и КОП обладает достаточной наглядностью и дает аргументированный ответ о возможности применения допущения о взаимной независимости этих каналов.
Из (1.3) следует, что ,
.
Умножая и деля второй член в квадратных скобках на проводимость и вводя обозначение
, (1.4)
получим
, (1.5)
где B– коэффициент передачи ЦОС.
Таблица 1.1. Значения параметров выражения (1.5) для различных видов ОС
Вид ОС |
|
|
Параллельная по напряжению |
|
|
Последовательная по напряжению |
|
|
Параллельная по току |
|
|
Последовательная по току |
|
|
Обратите внимание, что коэффициент передачи КПП Ke* – это коэффициент передачи устройства с учетом шунтирующего влияния ЦОС!
Выражение (1.5) справедливо для любого вида ОС, только в зависимости от вида ОС будут изменяться значения параметров, входящих в это выражение (табл. 1.1).
Как видно из рис.1.2, в КПП и ЦОС составляют замкнутое кольцо, которое принято называть петлей обратной связи. Для количественной оценки ОС применяют коэффициент усиления вдоль разомкнутой петли ОС, который называется коэффициентом петлевого усиления и обозначается через . Очевидно, что
(1.6)
Наряду с используется возвратное отношение
(1.7)
и глубина ОС (возвратная разность)
(1.8)
– параметр, показывающий, как изменится коэффициент передачи устройства при введении ОС.
Из (1.5), (1.6) и (1.8) следует, что
. (1.9)
Если шунтирующим влиянием ЦОС можно пренебречь то, вне зависимости от вида ОС, из табл. 1.1 получим, что
, (1.10)
а выражение (1.9) примет классический вид
. (1.11)
Возвратное отношение (1.7) – величина комплексная, характеризуемая модулем T и аргументом , где и – аргументы комплексных коэффициентов передачи и . Отрицательный знак перед в (1.7) говорит о том, что петля ОС спроектирована таким образом, что включает постоянный (частотно-независимый) фазовый сдвиг равный .
Аргумент же зависит от частоты и при фазовый сдвиг вдоль петли ОС будет равен или , а при – , т.е. в первом случае ОС – положительная, а во втором – отрицательная (см. разд. 1.1). Так как на разных частотах значения различно, то вид ОС при изменении частоты от 0 до будет меняться не один раз, в зависимости от числа нулей и полюсов передаточной функции T(p).
Таким образом, при , т.е. при ООС
и глубина ОС
, (1.12)
т.е. ООС уменьшает коэффициент усиления в F раз, что является наиболее существенным недостатком такого вида ОС.
При ПОС и , а
. (1.13)
При T = 1 F = 0 и , что физически соответствует самовозбуждению устройства, т.е. оно превращается в генератор незатухающих колебаний. Возбудившееся устройство не может выполнять свои прямые функции, поэтому самовозбуждения устройства в эксплуатационных условиях недопустимо. Более подробно вопросы устойчивости устройств с ОС будут изложены в разд. 1.8.