Лекции по "Схемотехнике аналоговых устройств"
Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Февраля 2013 в 00:47, курс лекций
Описание работы
1. Принцип электронного усиления и классификация усилителей
2. Основные показатели качества усилительных устройств
3. Анализ работы УК с помощью ВАХ
4. Критерии выбора положения ИРТ
5 Принципы обеспечения заданного положения ИРТ
Работа содержит 45 файлов
1
Структурная схема усилительного тракта с однопетлевой ОС
Рассмотрим линейную систему произвольной физической природы. Бу-
дем считать, что составные блоки системы описываются в частотной области
своими комплексными передаточными функциями и обладают свойством
однонаправленной передачи. Организуем передачу части сигнала с выхода
системы на ее вход, как показано на рис. 1а.
Рис. 1
Такая система называется системой с обратной связью, и как видно из
рис. 1а входной сигнал суммируется с сигналом обратной связи, являющимся
частью выходного сигнала.
Передаточные свойства такой системы определяются коэффициентом
передачи по петле обратной связи, вычисляемым в результате разрыва петли
при отсутствии сигнала на входе (рис. 1б)
( )
( )
( )
( ) ( )
вых
а
ω
ω
=μ ω
ω
ω
U
j
T j
j K j
U j
=
.
Учитывая, что выходной сигнал формируется в результате суммирова-
ния 2 составляющих, получаем
( )
( )
( ) ( ) ( )
( )
вых
вх
вых
ω
ω
ω μ ω
ω
ω
U
j
K j U
j
j K j U
j
=
+
или
( )
( )
( )
( )
( ) ( )
( )
( )
вых
вх
ω
ω
ω
ω
ω
1 μ ω
ω
1
ω
F
U
j
K j
K j
K
j
U
j
j K j
T j
=
=
=
−
−
.
Знаменатель
( )
( )
ω 1
ω
F j
T j
= −
называется глубиной обратной связи.
На фиксированной частоте коэффициенты передачи являются ком-
плексными числами, и определяют изменения амплитуды и фазы сигнала на
этой частоте (рис. 2а). Если на определенной частоте входной сигнал и сиг-
нал обратной связи синфазны, то обратная связь называется положительной,
если противофазны, – то отрицательной.
2
Рис. 2
При положительной обратной связи и коэффициенте петлевой передачи
больше 1 возникают условия самовозбуждения колебаний, что используется
при построении автогенераторов. В усилительных устройствах чаще исполь-
зуется отрицательная обратная связь, которая проще всего реализуется вклю-
чением инвертирующего усилительного звена (рис. 2б).
Выделив инверсию фазы сигнала в отдельное звено, а затем, объединив
эту операцию с операцией суммирования, приходим к структурным схемам,
изображенным на рис. 3, где вычитающее устройство можно рассматривать
как дискриминатор или датчик рассогласования входного сигнала и сигнала
обратной связи.
Рис. 3
В такой трактовке отрицательная обратная связь используется в следя-
щих системах, обеспечивающих за счет действия обратной связи слежение за
изменениями входного сигнала.
Различие между последними схемами заключается в том, что в первом
случае инверсия фазы сигнала включена в основной тракт передачи сигнала
и
1
F
K
K
T
−
=
+
, а во втором случае – только в цепь обратной связи и
1
F
K
K
T
=
+
Изложенные принципы можно применить и к сигналам электрической
природы с учетом особенностей преобразования сигналов электрическими
цепями.
3
В линейном режиме работы усилительный тракт можно представить в
виде 4-полюсника, состоящего из управляемого источника тока или напря-
жения, а также входных и выходных сопротивлений (рис. 4).
Рис. 4
Такое представление отражает тот факт, что в низкочастотной области
рабочих частот усилитель обладает однонаправленной передачей мощности в
направлении от источника сигнала (зажимы 1-1') к нагрузке (зажимы 2-2').
Однако передачу сигнала в направлении обратном основному можно органи-
зовать специальными схемотехническими мерами. Процесс передачи мощно-
сти сигнала с выхода на вход называется обратной связью (ОС) и организует-
ся с помощью цепи обратной связи.
Представляя усилитель и цепь ОС 4-полюсниками, структурную схему
усилительного тракта, охваченного обратной связью, можно представить, как
показано на рис. 5.
Рис. 5
Помимо усилительного тракта и цепи ОС на схеме имеются два 6-
полюсника обеспечивающие передачу части мощности с выхода усилителя в
4
цепь ОС (6-полюсник 2) и смешивание мощности входного сигнала с частью
мощности выходного сигнала, переданной на вход цепью ОС (6-полюсник 1).
На схеме направления передачи мощности условно показаны стрелками.
В отличие от усилительного тракта цепь ОС строится обычно из пассив-
ных элементов, и свойством однонаправленной передачи не обладает.
Поэтому коэффициент передачи сигнала состоит из двух частей – непо-
средственного проникновения сигнала от источника в нагрузку через цепь
обратной связи
( )
( )
( )
( )
12
16
65
52
ω
ω
ω
ω
k
j
K
j K
j K
j
=
и прохождения его через
основной усилительный тракт с учетом охвата его цепью обратной связи.
( )
( )
( )
( )
12
12
12
ω
ω
ω
1
ω
F
K
j
K
j
k
j
T j
=
+
−
,
где
( )
( )
( )
( )
12
13
34
42
ω
ω
ω
ω
K
j
K
j K
j K
j
=
и
( )
( )
( )
( )
( )
56
63
34
45
ω
ω
ω
ω
ω
T j
K
j K
j K
j K
j
=
,
вычисляемые при определенных условиях.
6-полюсники 1 и 2 чаще всего являются пассивными цепями и зачастую
имеют весьма простой вид (рис. 6).
Рис. 6
В первом случае обратная связь называется параллельной или обратной
связью по напряжению, а во втором – последовательной или обратной связью
по току.
Кроме того, в электрических схемах, как правило, выделяется узел, об-
щий для всех блоков схемы, потенциал которого принимается за нулевой.
Тогда схема с обратной связью представляется, как показано на рис. 7.
5
Рис.7
Частные случаи 6-полюсников и цепи обратной связи для схемы рис. 7
представлены на рис. 8.
Рис. 8
На рис. 9 приведен частный случай каскада охваченного, параллельной
обратной связью по входу и выходу через резистивный 2-полюсник.
6
Рис. 9
Рассмотренные ранее схемы включения транзисторов ОЭ
F
, ОБ
F
, ОК
F
являются схемами с внутрикаскадной обратной связью, что можно показать,
изобразив включение 2-полюсника R
F
в цепь обратной связи.
Рассмотрим, например, схему ОЭ
F
, изображенную на рис. 10а.
Рис. 10
На рис. 11 эта схема изображена в виде основного усилительного звена
на транзисторе и цепи обратной связи. Легко проследить, что схемы электри-
чески идентичны.
7
Рис. 11
На рис. 12 показан иной вариант данной схемы.
Рис. 12
Аналогичным образом можно показать, что схема ОК, эквивалентная
схема которой приведена на рис. 10б, является схемой ОЭ, охваченной об-
ратной связью (рис. 13).
8
Рис. 13
Этим, кстати, объясняются уникальные свойства данного включения
транзистора. Как видно из рисунка напряжение обратной связи снимается с
резистора нагрузки, что в явном виде иллюстрируется схемой на рис. 14.
Рис 14
В терминологии рис. 6 в этой схеме реализована последовательная об-
ратная связь по входу и параллельная по выходу.
Интересен факт, что и схема ОБ, изображенная на рис. 15, также может
трактоваться как схема ОЭ с глубокой обратной связью, что иллюстрируется
рис. 16
9
Рис. 15
Рис. 16
В данном случае каскад ОЭ охвачен глубокой обратной связью парал-
лельной по входу и последовательной по выходу.
Таким образом, можно констатировать, что усилительной схемой "в
чистом виде" является только включение ОЭ. Схемы ОК и ОБ являются уси-
лительными каскадами ОЭ с глубокой внутрикаскадной обратной связью.
Поэтому последние обладают меньшими коэффициентами усиления по мощ-
ности и отличаются от схемы ОЭ по входным и выходным импедансам.
Информация о работе Лекции по "Схемотехнике аналоговых устройств"