Головна

Аналіз впливу негативного зворотного зв'язку на прикладі послідовної зворотного зв'язку по напрузі

  1. A. Допоміжні елементи для зв'язку функцій між собою.
  2. B. Приклад аналізу.
  3. BAR-код, бо він вважається кpайне складним, неможливим для аналізу і т.д.
  4. E) & предметна, персональна, територіальна, по зв'язку справ
  5. I Розділ Аналіз рядів Динаміки
  6. I. Аналіз виробництва і реалізації продукції
  7. II. АНАЛІЗ ПОЛОЖЕННЯ СПРАВ У ГАЛУЗЯХ взаємодоповнюючих ПРОДУКТІВ

Розглянемо вплив ООС на прикладі підсилювача »охопленого послідовної зворотним зв'язком по напрузі (рис. 2.10).

У структурну схему входить ланцюг прямої передачі і ланцюг зворотного зв'язку (ланцюг зворотної передачі). Передбачається, що зазначені ланцюга лінійні. На підсилювач зі зворотним зв'язком подається зовнішній синусоїдальний вхідний сигнал uвх1 а на ланцюг прямої передачі - сигнал uвх2. Ланцюг прямої передачі характеризується комплексним ко


коефіцієнтом посилення по напрузі Ки (Коефіцієнтом прямої передачі):

 в де

- Відповідно комплексні дійства-

ють значення напруг ивх2 и ивих.


 коефіцієнтом зворотного зв'язку


 - Комплексне діюче значення напружений

Ланцюг зворотного зв'язку характеризується комплексним

ня зворотного зв'язку иос

Коефіцієнт посилення підсилювача, охопленого зворотним зв'язком.

 визначається за формулою

цей коефіцієнт

комплексне діюче значення напруги

ня ивх1


Легко помітити, що

 величину

називають глибиною зворотного свя-

 зи

(Коефіцієнтом грубості схеми), а величину


 зв'язку досить велика, то

називають петльовим посиленням. якщо глибина

Звідси можна зробити наступний дуже важливий висновок: якщо глибина негативного зворотного зв'язку досить велика, то коефіцієнт посилення підсилювача, охопленого зворотним зв'язком KІОС залежить тільки від властивостей


ланцюга зворотного зв'язку і не залежить від властивостей ланцюга прямої передачі.

У ланцюзі прямої передачі використовуються активні прилади (транзистори, операційні підсилювачі і т. Д.), Які зазвичай не відрізняються високою стабільністю параметрів. Через це і коефіцієнт Ки є нестабільним. Але якщо використовується глибока негативний зворотний зв'язок і в колі зворотного зв'язку застосовуються високостабільні пасивні елементи (резистори, конденсатори і так далі), то загальний коефіцієнт посилення КІОС виявляється стабільним.

Навіть якщо глибина зворотного зв'язку не так велика, що можна нехтувати одиницею в вираженні

негативний зворотний зв'язок, як можна по-

мовити, зменшує нестабільність коефіцієнта КІОС.

Важливо усвідомити, що зроблений висновок справедливий незалежно від того, які дестабілізуючі фактори впливають на зміну величини Ки (Температура, рівень радіації і т. Д.).

Частотні характеристики підсилювача, охопленого зворотним зв'язком.

Якщо міркувати формально, то при наявності частотних характеристик для Ки і b частотні

характеристики для КІОС виявляються однозначно певними виразом.

І тим не менше дуже повчально більш детально розгля- нути питання впливу негативного зворотного зв'язку на частотні властивості підсилювача. нехай коефіцієнти
 ти Ки и b є речовими. Тоді і коефіцієнт КІОС - Речовинний. Будемо для цього випадку використовувати позначення Ки, b и Кі ос. Нехай в деякому частотному діапазоні коефіцієнт Ки змінюється в межах від 10000 до 1000 (на 90% по відношенню до значення 10000), а коефіцієнт b є постійним, b = 0,1. Тоді відповідно до формули для Кі ос виявиться, що Ки ос буде змінюватися в межах від 9,99 до 9,9 (приблизно на 1%). Таким чином, зміна коефіцієнта посилення після введення негативного зворотного зв'язку стане значно меншим.

Важливо усвідомити, що якщо все ж необхідно підвищити коефіцієнт посилення до 10000, то і в цьому випадку використання негативного зворотного зв'язку значно поліпшить стабільність.

Нехай для отримання великого коефіцієнта посилення використані 4 включених послідовно описаних підсилювача, охоплених негативним зворотним зв'язком. Тоді в розглянутому діапазоні частот загальний коефіцієнт посилення буде змінюватися в межах від 9960 (9,99 - 9,99 - 9,99 - 9,99) до 9606 (9,9 - 9,9 - 9,9 - 9,9) .

 зміна складе

Це, очевидно, значно менше 90%.

У тому діапазоні частот, в якому виконується умова, коефіцієнт КІОС можна визначити з виразу

У першому наближенні можна вважати, що одиницею

можна знехтувати за умови, що



 



 

 Звідси отримуємо

Нехай в якості ланцюга прямої передачі використовується розглянутий вище операційний підсилювач К140УД8, а в якості ланцюга зворотного зв'язку - дільник напруги,

 причому

(Рис. 2.11).

Легко помітити, що

Таким чином, для цієї схеми дійсно

Відповідно до отриманого вище нерівністю мож


= 5 - 105 Гц, це значно більше частоти зрізу fср операційного підсилювача (fср »10 Гц), що не охопленого зворотним зв'язком. Характеристика, зображена жирною лінією, являє собою в першому наближенні амлітудно-частотну характеристику підсилювача з негативним зворотним зв'язком, яка, природно, робить благотворний вплив і на фазочастотную характеристику

Вхідний опір підсилювача, охопленого зворотним зв'язком. Звернемося до структурної схемою підсилювачі з послідовною негативним зворотним зв'язком (рис. 2.13).




 але, в першому наближенні, вважати, що

= 10 в тому діапазоні частот, в якому

Тому для визначення частоти зрізу fпор. ос. підсилювача, охопленого негативним зворотним зв'язком, в першому наближенні Досить провести горизонтальну лінію на рівні |Ки| = 10 до перетину з амплітудне частотної характеристикою використовуваного операційного підсилювача К140УД8. З рис. 2.12 видно, що fпор. ос»



Позначимо через Zвх вхідний комплексний опір ланцюга прямої передачі:

де Iвх комплексне діюче значення струму iвх.

Знайдемо вхідний комплексний опір Z підсилювача, охопленого зворотним зв'язком:

 Таким чином,

отримаємо


дачі і вихідна комплексне опір підсилювача, охопленого зворотним зв'язком. За визначенням

- Збільшення комплексних дію-

щих значень відповідно напруги ивих і струму iвих При цьому передбачається, що зворотний зв'язок відключена (наприклад, вихід ланцюга зворотного зв'язку закорочен)

Також передбачається, що Uвх1 = const, А зміна величин Uвих і Iвих викликане зміною опір

навантаження.


За визначенням



 нехай коефіцієнти Ки и b є речовими

 тоді

Звідси випливає, що послідовна негативний зворотний зв'язок збільшує вхідний опір по

модулю. Практично завжди це є позитивним фактором.

Вихідний опір підсилювача, охопленого зворотня зв'язком. Позначимо через Zвих и Zвих. ос відповідно вихідна комплексне опір ланцюга прямого пере-


Але при цьому передбачається, що зворотний зв'язок діє і що

У цьому випадку причиною виникнення збільшення DUвих є не тільки падіння напруги на вихідному опорі Zвих, але і поява збільшення

DUОC комплексного діючого значення напруги uос

отже,

Знаки «мінус» використані тому, що і збільшення струму iвих і збільшення напруги uос викликають зменшення напруги ивих.

 , отримаємо

Звідси з урахуванням, що





 Відповідно з цим

 нехай коефіцієнти

 є вещественни-

ми. Тоді, очевидно, негативний зворотний зв'язок по напрузі зменшує вихідний опір підсилювача. Дуже часто це є позитивним фактором.

2.2.3. Різновиди негативних зворотних зв'язків і аналіз їх впливу

Для спрощення викладу приймаємо умову, що ланцюг прямої передачі і ланцюг зворотного зв'язку характеризуються речовими коефіцієнтами і що все струми і напруги описуються речовими діючими значеннями.

Звернемося до зворотного зв'язку по напрузі. Вона перешкоджає зміні вихідної напруги при зміні опору навантаження. Це означає, що введення негативного зворотного зв'язку по напрузі зменшує вихідний опір підсилювача. Цей же висновок був зроблений вище на основі отриманого математичного виразу для вихідного опору. Можна показати, що характер зміни вихідного опору не залежить від того, є зв'язок паралельної або послідовної.


Звернемося до зворотного зв'язку по струму. Вона перешкоджає зміні вихідного струму при зміні опору навантаження. Це означає, що введення негативного зворотного зв'язку по струму збільшує вихідний опір. При цьому характер зміни вихідного опору також не залежить від того, чи є зв'язок паралельної або послідовної.

Подібні міркування (і відповідні математичні вирази) показують, що паралельна зворотний зв'язок зменшує вхідний опір підсилювача, охопленого нею, а послідовна збільшує (що підтверджує отримане вище математичний вираз). Характер зміни вхідного опору не залежить від того, чи є зворотний зв'язок зв'язком по струму або по напрузі.

Звернемося до структурної схемою підсилювача з негативною послідовною зворотним зв'язком по напрузі і до отриманого виразу

Якщо виявиться, що на деякій частоті аргумент j

 комплексної величини

виявиться дорівнює p, то це

 , То це буде оз-

 частоті виконується умова

означатиме, що напруга зворотного зв'язку uос по фазі збігається з напругою ивх1 і напругою uвх2. В цьому випадку виявиться, що зворотний зв'язок стане позитивною. Якщо до того ж виявиться, що на розглянутій

почати, що сигнал, що проходить послідовно через ланцюг прямої передачі і ланцюг зворотного зв'язку, посилюється. При цьому і в разі нульової напруги uвх1 напруги uвх2, uвих, uос виявляться ненульовими, т. е. підсилювач по суті перетвориться в генератор. Це явище називають самозбудженням підсилювача.


Для запобігання самозбудження необхідно вживати заходів (наприклад, здійснювати частотну корекцію операційного підсилювача, що грає роль ланцюга прямої передачі), що забезпечують виконання однієї з наступних, по суш рівноцінних, умов:

На практиці зазвичай користуються другою умовою.

кут a, визначається виразом a = p - f називають запасом стійкості по фазі.

Запас стійкості по фазі повинен бути не менше 30 ... 6б або навіть 65 градусів.



Класифікація зворотних зв'язків в підсилювачах | ПІДСИЛЮВАЧІ НА біполярні транзистори
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати