Билет № 11

1. Основные параметры, характеризующие синусоидальные токи, эдс и напряжения.

Переменный ток (ЭДС, напряжение) может изменяться во времени как по периодическому, так и по непериодическому закону. Наиболее широко используется периодический ток (ЭДС, напряжение) изменяющийся по синусоидальному закону. Такой ток характеризуется периодом Т – минимальным интервалом времени по истечении которого значения тока повторяются. Период измеряется в секундах. Величина, обратная периоду, т.е. число полных изменений периодической величины за 1 с, называется частотой:

. Частота измеряется в герцах (Гц).

Синусоидальные ток, ЭДС и напряжение могут быть представлены в аналитическом виде:

, , (5.1)

где – мгновенные значения синусоидального тока (ЭДС, напряжения); – амплитудные значения (амплитуда) синусоидального тока (ЭДС, напряжения), т.е. наибольшие из мгновенных значений; – аргумент синусоидальной функции, называемый фазой (тока, ЭДС, напряжения); – угловая частота, характеризующая скорость изменения фазы (тока, ЭДС, напряжения) и измеряющаяся в радианах в секунду (рад/с); – начальная фаза (фаза в момент времени ) синусоидального тока (ЭДС, напряжения), которая является алгебраической величиной и может иметь положительные и отрицательные значения.

На рис.5.1 приведены графические изображения синусоидальных напряжения и тока, имеющих различные начальные фазы. Начальную фазу синусоиды отсчитывают от нулевой фазы (перехода синусоидальной функции от отрицательных значений к положительным) до начала отсчета времени . Начальная фаза напряжения сдвинута влево от начала отсчета времени и считается положительной . Начальная фаза тока сдвинута вправо от начала отсчета времени и считается отрицательной .

U, i

U_m

I_m U

ωt

ψ_u ψ_i i

T

Рис. 5.1

Алгебраическая величина, равная разности начальных фаз двух синусоидальных функций, называется сдвигом фаз . На рис. 4.1 сдвиг фаз между напряжением и током . Сдвиг фаз может быть как положительным, так и отрицательным. Положительный сдвиг фаз между напряжением и током на рис. 4.1 указывает на то, что напряжение по фазе опережает ток. Временной сдвиг между напряжением и током: . (5.2)

2. Виды обратных связей в усилителях

На практике ни один усилитель не используется без обратной связи (ОС). Обратной связью называют передачу части энергии из выходной цепи во входную цепь усилителя. Принцип введения отрицательной обратной связи иллюстрируется на рис. 8.

Рис.8. Принцип отрицательной обратной связи

Часть выходного напряжения через цепь ОС подается на вход усилителя. Если, как это показано на рис.8, напряжение обратной связи вычитается из входного напряжения, обратная связь называется отрицательной (ООС). Если напряжение ОС складывается с входным напряжением, то обратная связь называется положительной (ПОС).

Для физического анализа схемы, представленной на рис.8, допустим, что входное напряжение изменилось от нуля до некоторого положительного значения . В первый момент выходное напряжение , а, следовательно, и напряжение обратной связи также равны нулю. При этом напряжение, приложенное к входу операционного усилителя, составит = . Так как это напряжение усиливается усилителем с большим коэффициентом усиления , то величина быстро возрастет до некоторого положительного значения и вместе с ней возрастет также величина . Это приведет к уменьшению напряжения , приложенного к входу усилителя. Тот факт, что выходное напряжение воздействует на входное напряжение, причем так, что это влияние направлено в сторону, противоположную изменениям входной величины и есть проявление отрицательной обратной связи.

На рис.9 показана структурная схема усилителя с ОС, где электрический сигнал с выхода усилителя с коэффициентом усиления через звено ОС с коэффициентом передачи γ поступает обратно на вход усилителя. В состав звена ОС могут входить линейные, нелинейные, частотно-зависимые и другие элементы или даже целые устройства.

Рис.9. Структурная схема усилителя с ОС

Существует целый ряд квалификационных признаков ОС.

Различают обратную связь по принципу действия и способу подачи сигнала во входной контур.

По способу подачи сигнала ОС во входной контур усилителя различают последовательную и параллельную обратные связи. В первом случае напряжение с выхода звена ОС включается последовательно с напряжением источника входного сигнала (рис.10), а во втором - параллельно (рис.11).

Рис.10. ПОС с последовательной передачей сигнала во входной контур;

Рис.11. ОС с параллельной подачей сигнала во входной контур

Резисторы и на рис.11 позволяют просуммировать токи от источника и блока обратной связи (БОС). Непосредственное параллельное соединение входного источника и выхода БОС невозможно, т.к. равносильно подключению двух источников ЭДС параллельно.

По принципу действия различают ОС по напряжению, по току и комбинированные. На рис.12 показан вариант ОС по напряжению. На рис.13 показан вариант ОС по току. Шунтирующий резистор на рис.13 играет роль датчика тока. Его сопротивление выбирают достаточно малым для того, чтобы обеспечить падение напряжения на нем в десятки – сотни мВ, поэтому резистор не оказывает существенного влияния на ток в выходном контуре. Напряжение на шунтирующем резисторе поступает на вход блока обратной связи, что обеспечивает обратную связь по току нагрузки . Возможна и комбинированная ОС, т.е. ОС одновременно по току и напряжению.

Рис.12.

Рис 13