Здавалка
Главная | Обратная связь

Усилитель с частотно-независимой ОС



Для примера рассмотрим усилитель, охваченный частотно-независимой последовательной отрицательной ОС (рис. 6.1, а). Для обеспечения отрицательной ОС обратная связь должна подаваться на инвертирующий вход усилителя, что зависит и от положения ключа К3 (рис. 6.2). Цепь ОС представляет собой, по существу, делитель напряжения R1, R2. Однако эту цепь удобно считать четырехполюсником (выделено штриховой линией). Эквивалентная схема замещения представлена на рис. 6.1, б.

Сделаем одно важное замечание, касающееся организации обратных связей в усилителях. В случае последовательных ОС по напряжению является желательным, а в ряде случаев и необходимым, чтобы коэффициент передачи цепи ОС не зависел от rВХ0 и rВЫХ0 усилителя, поскольку эти величины подвержены изменениям, связанным с температурой и разбросом параметров транзисторов. Поэтому входное сопротивление четырехполюсника ОС rВХОС = (R1 + R2) должно быть больше rВЫХ0 усилителя, а выходное сопротивление четырехполюсника ОС rВЫХОС = R1||R2 меньше rВХ0 усилителя. В этом случае коэффициент передачи звена ОС не зависит от параметра усилителя и равен

KОС = eОС /UВЫХ @ R1/ (R1+R2). (6.11)

При соблюдении указанных условий на сопротивлении R1 во входной цепи операционного усилителя выделяется напряжение, равное

uОС @ eОС = uВЫХ KОС. (6.12)

Учитывая, что при большом входном (rВХ сиНф) сопротивлении ОУ входной сигнал проходит по цепи Б1—Э1—Э2—Б2 (рис. 6.2). Источник входного сигнала оказывается включенным последовательно с источником eОС и входной цепью усилителя. Поэтому обратная связь в данном случае является последовательной, и можно применить уравнение 6.1.

еГ = uВХ + uОС.

Знак напряжения eОС, указанный на рис. 6.1, б, соответствует отрицательной ОС, поскольку при обходе входного контура знак eОС противоположен знаку напряжения источника сигнала eГ. Используя соотношения (6.1), (6.12) и соотношение, описывающее ОУ,

uВХ = uВЫХ / KU0,

найдем коэффициент усиления по напряжению усилителя с отрицательной обратной связью

KU = uВЫХ / eГ = KU0/(1+ KU0 KОС). (6.13)

При отрицательной ОС величина KU < KU0, поскольку во входной цепи eГ и uОС действуют противоположно.

Входной ток усилителя, как видно из рис. 6.1, б, выражается соотношением

iВХ = (еГuОС) / rВХ0. (6.14)

Входное сопротивление усилителя с ОС выразим как

rВХ = еГ / iВХ = rВХ0еГ / (еГuОС).

Преобразуем это соотношение с учетом выражений (6.12) и (6.13), получим

rВХ = rВХ0 (1 + KU0 KОС). (6.15)

При отрицательной ОС входное сопротивление rВХ > rВХ0, так как наряжение uОС уменьшает входной ток схемы.

Выходное сопротивление вычисляется таким же путем, какой используется при его измерении. К выходу усилителя (рис. 6.3) подключается источник сигнала еГ' (входная ЭДС не действует: еГ = 0) и определяется ток, потребляемый схемой от этого источника.

При отрицательной ОС напряжение от выходного источника сигнала eГ' поступает через цепь ОС на базу транзистора VT2 (рис. 6.2). На выходном коллекторе балансного каскада возникает дополнительное напряжение противоположного знака, по отношению к еГ'. Ток, потребляемый от выходного источника, равен

iВЫХ' = (eГ' + eГ' KU0 KОС) / rВЫХ0. (6.16)

В этом случае выходное сопротивление усилителя с отрицательной ОС (без учета RЭ 4 ) уменьшается и равно

rВЫХ = eГ' / iВЫХ' = rВЫХ0 / (1 + KU0 KОС). (6.17)

Полное выходное сопротивление составит rВЫХ ||RЭ 4. Таким образом, при отрицательной ОС выходное сопротивление уменьшается, а входное увеличивается на величину (1 + KU0 KОС) = F называемую фактором обратной связи.

При глубокой отрицательной ОС, когда F >> 1, из (6.13) следует, что KU = 1 / Koc и мало зависит от свойств исходного усилителя.

Напомним, что в выражениях (6.13), (6.15) и (6.17) знак перед членом KU0 KОС соответствует отрицательной ОС. В случае последовательной положительной ОС uОС изменяет полярность напряжения ОС и перед членом KU0 KОСзнак изменится на противоположный. Мы рассмотрели действие обратных связей последовательного типа.

При использовании параллельной ОС (рис. 6.1, в) решение удобно искать, используя закон Σ iВХ = 0. Можно использовать схему замещения подобную рис. 6.1, б, однако удобнее использовать схему замещения рис. 6.1, г – она быстрее приведет к решению задачи. В случае параллельной ОС требование rВХОС >> rВЫХ0 сохраняется, а требование rВЫХОС << rВХ0 не обязательно. Читателю предлагается самому найти соотношения между основными параметрами усилителя с параллельной ОС и параметрами исходного усилителя и цепи ОС. Отметим, что величины KU и rВЫХ качественно ведут себя так же, как и при последовательной ОС: уменьшаются при отрицательной ОС. Что касается входного сопротивления rВХ = uВХ/iГ, то здесь возникает обратная картина: при использовании параллельной отрицательной ОС величина rВХ падает. Таким образом, характер зависимости величин KU и rВЫХ определяется только знаком ОС, а значение rВХ зависит как от знака ОС, так и от способа подключения цепи ОС к входу усилителя.

В линейных усилителях с положительной ОС значение KU0×KОС всегда меньше 1. В случае KU0×KОС = 1 из (6.13) получаем KU =
= KU0/(1+ KU0 KОС)® ¥, что соответствует условиям возникновения в схеме колебаний, либо в случае усилителя постоянного тока (как в нашем случае) усилитель может превратиться в триггер. При этом говорят, что усилитель теряет устойчивость. В табл. 6.1 сведены основные формулы приближенного расчета усилителя с частотно-независимой отрицательной ОС.

Таблица 6.1

 

Последовательная ОС F>> 1 Параллельная ОС F>>1






©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.