- •Методическое пособие по изучению курса «Радиотехника»
- •Введение
- •Глава 1. Основная элементная база радиотехнических устройств.
- •§1.1. Резисторы
- •§1.2. Конденсаторы.
- •§1.3. Индуктивные элементы и устройства.
- •§1.4. Диоды.
- •§1.5 Транзисторы
- •§1.6. Интегральные микросхемы
- •Глава 2. Цепи с сосредоточенными параметрами
- •§2.1. Источники эдс и тока
- •§2.2. Согласование источника с нагрузкой.
- •§2.3. Частотные характеристики
- •§2.4. Дифференцирующие и интегрирующие цепи
- •§2.5. Колебательный контур
- •§2.6. Преобразование лапласа
- •§2.7. Логарифмические характеристики
- •Глава 3. Электронные усилители
- •§3.1. Основные типы усилителей и их характеристики.
- •§3.2 Апериодический (резисторный) усилитель напряжения
- •§ 3.3. Усилитель радиочастоты. Усилитель промежуточной частоты
- •§ 3.4. Усилители мощности
- •§ 3.5 Обратная связь в усилителях
- •§ 3.6. Операционный усилитель
- •Глава 4.Электронные генераторы
- •§ 4.1. Введение. Обобщенная схема автоколебательной системы
- •§ 4.2. Генераторы негармонических колебаний.
- •§4.4. Аналого-цифровые преобразователи. Принцип аналого-цифрового преобразования.
- •§4.5. Цифро-аналоговые преобразователи.
- •Глава 5.Сигналы сообщения и радиосигналы. Распространение радиоволн.
- •§5.1. Сообщения и сигналы сообщения.
- •§ 5.2. Амплитудно-модулированный сигнал.
- •§ 5.3. Частотно-модулированный сигнал.
- •§ 5.4. Спектр несущих частот. Особенности распространения радиоволн разных диапазонов.
- •Глава 6. Основы телевидения.
- •§ 6.1. Основные принципы передчи и приема оптического изображения.
- •§ 6.2. Развертка изображения.
- •§ 6.3. Основные параметры телевизионного изображения.
- •§ 6.4. Основные структурная схема телевизионной системы связи.
- •Литература:
§ 3.5 Обратная связь в усилителях
Обратной связью называют передачу части мощности сигнала с выхода усилителя на его вход. Структурная схема усилителя с обратной связью приведена на рисунке 5 24, где показана цепь прямой передачи с коэффициентом передачи К и цепь обратной связи с коэффициентом передачи β.
Рис. 5.24
Коэффициент передачи усилителя с обратной связью равен:
Считая усилитель линейным, можно записать:
Из (5.22) и (5. 23) получим:
§ 3.6. Операционный усилитель
Операционным усилителем (ОУ) называется усилитель постоянного тока, имеющий высокий коэффициент передачи постоянного напряжения и большое входное сопротивление. На рисунке 3.6.1 дано его условное обозначение. ОУ имеет два входа и один выход. Вход называют инвертирующим входом, так как фаза сигнала на выходе усилителя противоположна фазе сигнала на этом входе.
Рис.3.6.1
Вход 2 называют неинвертирующим входом, так как фаза выходного сигнала совпадает с фазой сигнала на входе 2. На рисунке показано минимальное число выводов, реальный ОУ снабжается дополнительными выводами: для коррекции амплитудно-частотной характеристики, балансировки нуля выходного напря-
Рис.3.6.2
жеиня при короткозамкнутых входах и для подключения источника питания. Структурная схема ОУ приведена на рисунке 5.32,б Эквивалентная схема идеального ОУ представлена на рисунке 5.33. Идеальность схемы предполагает следующее. Ее входное сопротивление бесконечно велико. Выходное сопротивление равно нулю, поэтому ивых = е = Ко (ивх2 — ивхХ); выходное напряжение равно нулю при мвх=0 и коэффициент усиления схемы бесконечно велик равно бесконечности. Идеальный ОУ является устройством физически нереализуемым, однако указанные предположения существенно упрощают математические выкладки и дают при определенных условиях практически приемлемые результаты. Основным каскадом ОУ является дифференциальный каскад. Сигнал на выходе идеального дифференциального (разностного) усилителя (ДУ) определяется разностью входных сигналов иах2 — ц,Х1 (отсюда происходит название этого типа усилителей). Использование дифференциального усилителя с большим коэффициентом усиления позволяет, выбрав тот или иной тип отрицательной обратной связи, на основе ОУ реализовать большое многообразие схем, осуществляющих различные операции с электрическими сигналами (усиление, сложение, перемножение, интегрирование, дифференцирование, ограничение, частотную фильтрацию), что и обусловливает название ОУ. Достоинством дифференциального усилителя является также наличие двух независимых путей передачи сигнала. Выходным каскадом ОУ (см. рис. 5.32) является усилитель мощности, который строится по экономичной двухтактной схеме класса В или АВ. Выходной каскад должен создать требуемые напряжение и силу тока в нагрузке. Кроме того, наличие выходного каскада ослабляет влияние нагрузки на предшествующие каскады усиления.
При большом коэффициенте усиления /Со для обеспечения стабильности работы ОУ и расширения его динамического диапазона, а также для получения необходимой рабочей полосы частот вводится отрицательная обратная связь. Типичная схема ОУ с отрицательной обратной связью представлена на рисунке 5.34. Для
(3.6.1)
Если коэффициент усиления ОУ велик, то вторым слагаемым в знаменателе (3.6.1) можно пренебречь по сравнению с единицей, тогда
(3.6.2)
Рис.3.6.3
Рассмотрим пример расчёта коэффициента усиления инвертирующего усилителя, представленного на рис3.6.4
Рис.3.6.4
Вначале определим знание U0 между инвертирующим и неинвертирующими входами операционного усилителя. Для этого воспользуемся двумя эквивалентными схемами(рис.3.6.5 и рис.3.6.6).
Рис.3.6.5
Рис.3.6.6
С помощью эквивалентной схемы на рис. 3.6.5 определяется составляющая U01 напряжения U0, обусловленная входным напряжением U1.
Обозначим через Z2 параллельное соединение резистора R2 и конденсатора С2.
Z2 = R2 / (1+ p R2 С2) Значение U01 получаем равным:
U01 = U1 Z2/( R1 + Z2) (3.6.3)
С учётом эквивалентной схемы на рис.3.6.6 определяется составляющая U02 напряжения U0, обусловленная выходным напряжением U2.
U02 = U2 R1/( R1 + Z2) (3.6.4)
Учитывая, что U0 = U01 + U02 и с другой стороны U0 = -U2/A(p), и решая относительно U2 , получаем:
U2 = - U1(R2/ R1)/{p2T R2 С2/A0 + p[R2 С2 + (1+ R2/ R1)T/A0 + R2 С2/A0] + (1+ R2/ R1) /A0+1}
Учитывая, что A0>>1 и коэффициент усиления усилителя, K(p), определяется как
K(p)= U2/ U1, получаем:
K(p)= -(R2/ R1)/{p2T R2 С2/A0 + pR2 С2 +1} (3.6.5)
Сделав замену оператора Лапласа, р, на jω, где j – мнимая единица, ω= 2πf, f- частота, из (4) получаем модуль коэффициента усиления инвертирующего усилителя, представленного на рис.2:
K(f)= (R2/ R1)/{ [1- (2 πf)2T R2 С2/A0]2 + (2πf R2 С2)2}1/2 (3.6.6)
Рассчитаем значения K(f) для разных f и следующих значений параметров схемы:
R1 = 100 кОм, R2 = 1Мом, С2 = 10 пФ, Т/A0 = 10-8с.
Данные расчёта сведены в таблицу 3.6.1.
Таблица 3.6.1
f, кГц |
0 |
0,01 |
0,1 |
1 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
200 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
K(f) |
10 |
10 |
10 |
0,998 |
9,92 |
0,97 |
9,36 |
8,94 |
8,47 |
6,23 |
3,7 |
2,57 |
1,95 |
1,57 |
0,79 |
0,39 |
0,27 |
0,2 |
0,16 |