xвх

xвых

∑

xос

Рисунок 1.11 – Структурная схема системы управления с обратной связью

Прямоугольник со знаком ∑ соответствует элементу сравнения. В старой литературе изображается кружочком с наклонным крестиком . В зависимости от типа этого элемента сравнения выделяют:

1 Амплитудные системы, т. е. такие системы, у которых xвх и xос выражаются в

виде амплитуд напряжений, токов, численных значений сопротивлений и т. д. 2 Частотные – когда xвх и xос – частоты сигналов.

3 Фазовые – xвх и xос – это фазы сигналов. 4 Цифровые – xвх и xос – цифровые коды.

Наиболее современные в настоящее время – цифровые системы управления. Тем не менее, применяются и первые три вида систем. Для фазовых систем управления один из вариантов реализации элемента сравнения, т. е. прямоугольника со знаком ∑ или кружка с крестиком – это любая схема преобразователя, диодная, транзисторная, контактная, удовлетворяющая принципу двойственности, использующаяся в режиме фазового дискриминатора, как это показано на рисунках 1.9 и 1.10. Напряжение вертикальной оси рисунка 1.10 – это напряжение рассогласования на рисунке 1.11, соответствует разности фаз xвх и xос , оно управляет системой.

1.3 Транзисторные ключи

Достоинства: -высокочастотность -высокий КПД -несложность схем

-дрейф промежуточный между контактными и диодными ключами Недостатки:

-низкая радиационная устойчивость (так же, как и у диодных ключей) -наличие гальванической связи между опорным и сигнальным напряжением; если применены оптроны, то гальваническая развязка эквивалентна контактным ключам.

15

1.3.1 Ключи на биполярных транзисторах

Известны три типовые схемы включения, изображенные на рисунках 1.12, 1.13 и 1.15: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором

(ОК).

1 Схема с общей базой (далее ОБ):

VT	Rк	− E0	Rc	VT	Rк
					− E0
		ВЫХ			ВЫХ
Rб		Ec		Rб
а)				б)

Рисунок 1.12, а, б – Схемы включения биполярного транзистора VT ОБ; в – графики напряжений в базовой и коллекторных цепях

Основные свойства:

-самое низкое входное сопротивление в сравнении с другими схемами ОЭ и ОК (десятки Ом) как в активном, так и в ключевом режиме - недостаток схемы, поэтому трудно согласовывать с предыдущими каскадами, которые имеют, как правило, большое выходное сопротивление;

-имеет самое высокое выходное сопротивление (сотни кОм) – также недостаток схемы, с точки зрения согласования из-за различия сопротивлений;

16

-не усиливает по току, коэффициент усиления по току близок к единице (немного меньше);

-усиливает по напряжению в несколько десятков раз;

-коэффициент усиления по мощности относительно небольшой, примерно тот же, что и по напряжению;

-схема не инвертирует усиливаемый сигнал в усилительном или в ключевом режиме, поэтому на графике стрелкой указывается перепад на входе и на выходе

водном направлении.

На рисунке 1.12, в вертикальная ось обозначает напряжение U Б , но биполярные транзисторы управляются током, поэтому в дальнейшем будем указывать ток I Б .

2 С общим эмиттером (далее ОЭ):

Типовая схема ОЭ показана на рисунке 1.13, а; вариант для ключевого режима – на рисунке 1.13, б; схема активной области (усилительный режим) – на рисунке 1.13, г; графики процессов ключевого режима – на рисунке 1.13, в.

− E0

− E0

Рисунок 1.13, а, б, г – Схемы с ОЭ; в – графики тока IБ и напряжения на выходе

U K

17

Основные свойства:

-имеет на 1 – 2 порядка большее входное сопротивление в сравнении с ОБ (десятки – сотни кОм), следовательно, лучше согласуется с предыдущими более высокоомными каскадами. Больше входное сопротивление потому, что в этой схеме действует эффект отрицательной обратной связи (ООС), повышающий входное сопротивление;

-имеет на порядок меньшее выходное сопротивление по той же причине (действие обратной связи), поэтому лучше согласуется с последующими каскадами;

-усиливает по току и по напряжению (десятки–сотни раз), поэтому коэффициент усиления по мощности, являющийся произведением этих двух коэффициентов, в среднем в десятки (сотни) раз больше по сравнению с предыдущей схемой;

-схема инвертирует входной сигнал в активной области или в ключевом режиме, перепады противонаправлены, как показано стрелками на рисунке

1.13, в;

-схема обладает худшей стабильностью по сравнению с предыдущей ОБ и последующей ОК, т.к. в ней есть положительная обратная связь (ПОС).

На рисунках 1.14, а, б изображены известные структурные схемы с

отрицательной и положительной обратными связями (знак – ООС, знак + ПОС). Здесь же приведены передаточные функции замкнутых систем управления

φ =

W

и φ =

W

.

1

+ W

1

− W

X ВХ

X ВЫХ

X ВХ

X ВЫХ

Ф =

W

=

X ВЫХ

Ф =

W

=

X ВЫХ

1

+ W

X ВХ

1

− W

X ВХ

Рисунок 1.14, а, б – Структурные схемы

По аналогии, в электронике, для ОЭ коэффициент усиления по току β = 1−αα

есть коэффициент усиления по току α на ОБ, деленный на 1−α . Здесь ПОС, которая, как известно, все ухудшает, кроме коэффициента усиления, поэтому термостабильность хуже, возрастают линейные и нелинейные искажения,

18

сужается частотный диапазон (снизу и сверху), улучшается только коэффициент усиления.

3 С общим коллектором (далее ОК):

Схемы и графики с общим коллектором изображены на рисунке 1.15, они аналогичны по смыслу рисунку 1.13.

	Iб
		1
	VT	t
	ВЫХ
Rк	Uэ
		t
а)		в)
		− E0
	− E0
	VT	R1
Rс	Rc	Ссв
	ВЫХ	VT

ВЫХ

Rэ	Ec	R2	Rэ
Ec

Ключевой режим	Усилительный режим
б)	г)

Рисунок 1.15, а, б, г – Схемы с ОК; в – графики тока IБ и напряжения на

выходе UЭ

Схема с ОК называется потому, что по переменному току коллекторный электрод считается заземленным через низкое выходное сопротивление источника питания, через конденсаторы этого источника.

Основные свойства:

19