рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Обратные связи в усилительных устройствах

Обратные связи в усилительных устройствах - раздел Философия, УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ   Различают Два Вида Обратной Связи: Отрицательную И ...

 

Различают два вида обратной связи: отрицательную и положительную.

При отрицательной обратной связи (ООС) выходной сигнал в канале ОС оказывается в противофазе с входным сигналом усилителя. В результате этого любые изменения выходного сигнала встречают соответствующие противодействия по каналу ООС, способствуя его ослаблению, что стабилизирует выходной сигнал усилительного устройства при воздействии внешних факторов (температуры, нагрузки и др.).

При положительной обратной связи (ПОС) выходной сигнал в канале ОС совпадает по фазе с входным сигналом устройства, способствуя его усилению. Это дестабилизирует работу усилительного устройства, поскольку любые незначительные изменения выходного параметра приводятся каналом ПОС к предельным их значениям.

Цепь с ОС условно изображена на рисунке 1. Основным ее элементом является усилитель с коэффициентом передачи К(р), а в качестве цепи ОС используется пассивная цепь с коэффициентом передачи (р). На схеме знаком обозначен сумматор входного сигнала и сигнала ОС.

Принимая коэффициент передачи сумматора равным единице, получаем выражение для передаточной функции всей цепи

(1)

где знак «+» » относится к ООС, а «-» -к ПОС.

В соответствии с этой формулой частотные свойства усилительной схемы в равной мере зависят как от функции К(р), так и от характеристики (р) цепи обратной связи. Поэтому, оставляя неизменным основной элемент схемы (К(р)), можно в широких пределах выравнивать частотную характеристику усилителя, изменяя лишь параметры элемента обратной связи ((р)).

Различают три типа ОС: внутреннюю, внешнюю и паразитную.

Внутренняя ОС проявляет себя в каждом компоненте усилителя из–за функциональной связи между их электрическими и физическими параметрами.

Внешняя ОС обеспечивается включением дополнительных цепей, действие которых направлено на улучшение характеристик усилителя (стабилизацию режима и т.п.).

Паразитная ОС создаётся, как правило, ёмкостными и индуктивными связями, не предусмотренными схемотехническими решениями цепи усилителя, проявляющими себя на больших частотах, и ухудшает характеристики усилителей.

По способу подключения канала ОС к выходной цепи различают обратные связи по напряжению и току.

Отрицательной ОС обеспечивается температурная стабилизация, позволяющая удерживать теплозависимые параметры транзистора в исходном состоянии независимо от внешних воздействий. Для биполярных транзисторов таким основным параметром является ток покоя коллектора, а для полевых – ток покоя стока. В зависимости от способов температурной стабилизации транзисторных усилителей различают эмиттерную (истоковую для полевых транзисторов), коллекторную (стоковую) и комбинированную стабилизации, из которых наибольшее распространение на практике нашёл эмиттерный способ стабилизаци.

Эмиттерная температурная стабилизация. В транзисторных усилителях коллекторный ток покоя IКП в общем случае имеет два компонента

IКП=h21ЭIБП+IКБО, (2)

где IБПО – ток покоя базы;

IКБО – обратный (тепловой) ток коллекторного перехода.

С повышением температуры окружающей среды наблюдается заметный рост теплового тока (с увеличением температуры на каждые 100 С значение тока IКБО приблизительно удваивается). Это вызывает смещение точки покоя в зону больших значений коллекторного тока, что приводит к нелинейным искажениям выходного сигнала.

Для возможности принудительного удержания коллекторного тока IКП на заданном уровне в цепи постоянного тока (рис.2) используют резистор RЭ, реализующий ООС по току. Механизм воздействия ООС (эмиттерной стабилизации) проявляет себя следующим образом. Увеличение коллекторного тока IКП под действием температурных изменений вызывает соответствующее увеличение тока эмиттера IЭП, т.к.

IЭП=IКП+IБП.

Это обуславливает увеличение падения напряжения UЭП на резисторе RЭ, поскольку UЭП=RЭIЭП.

В тоже время возрастание UЭП приводит к снижению положительного потенциала на базе транзистора, а следовательно, и тока базы IБП. Это и обеспечивает уменьшение тока IКП, требуемое для компенсации температурного роста тока IКБО. Необходимо отметить, что резистор RЭ отрицательной связи вызывает одновременно и нежелательный эффект снижения коэффициента усиления для выходного сигнала цепи переменного тока усилителя. Для устранения этого недостатка служит конденсатор СЭ, шунтирующий резистор RЭ (рис.2).

Аналогичным образом проявляет себя и механизм истоковой температурной стабилизации в усилителях на полевых транзисторах.

Для осуществления возможности работы УПТ при низких частотах необходимо исключить из его межкаскадных соединений реактивные элементы L и C, которые не могут пропустить сигнал постоянного тока Однако их отсутствие приводит к тому, что УПТ не ограждён от возможности прохождения через него одновременно с полезным сигналом также и тех изменений постоянных составляющих напряжений, которые обусловлены нестабильностью источников питания и электрических параметров цепи усилителя (например, температурная нестабильность параметров транзистора). Указанные помехи приводят к непостоянству выходного напряжения даже в отсутствие полезного сигнала. При наличии же его они суммируются.

Непостоянство выходного напряжения УПТ, обусловленное влиянием внутренних и внешних помех, получило название дрейфа нуля. Величина дрейфа определяется по изменению выходного напряжения УПТ за определённый промежуток времени при отсутствии (либо неизменном значении) входного сигнала. Качество УПТ определяется прежде всего минимально достигаемым дрейфом нуля.

Схема простейшего однокаскадного УПТ прямого усиления приведена на рис.4,а. При воздействии медленно меняющегося разнополярного сигнала (рис.4,б) напряжение на базе, обеспечивающее исходный режим работы, будет изменятся, обусловливая изменение тока коллектора и напряжение на выходе. Амплитудная характеристика Uвых=f(Uвх) такого усилителя смещена вверх по оси ординат на величину UКП. Как видно из рис.4,в (прямая АВ), напряжение на выходе такого усилителя может быть только одной полярности и не отражает изменения полярности (фазы) входного сигнала.

Характерным недостатком УПТ прямого усиления является достаточно большое значение дрейфа нуля. Для уменьшения величины дрейфа нуля применяют специальные параллельно – балансные схемы компенсации, которые часто называют дифференциальными. Схема простейшего дифференциального усилителя изображена на рис. 5. Из рисунка видно, что такой усилитель состоит из двух однокаскадных УПТ с общим резистором в цепи элементов. Выходные цепи усилителей выполнены по мостовой схеме.

Пологая, что все одноимённые элементы каждого плеча схемы одинаковы, можно заключить, что при Uвх1=Uвх2=0 в выходных цепях протекают одинаковые токи Iк1=Iк2. В этом случае Uвых=Uк1-Uк2=0. Любые изменения напряжения питания, параметров элементов окружающей температуры, которые обычно вызывают дрейф нуля, приведут к одинаковым изменениям выходных токов Iк1 и Iк2;в итоге выходное напряжение по – прежнему будет равно нулю.

Выходные сигналы для этой схемы формируют равными по величине и противоположными по знаку. Под действием таких сигналов в цепях коллекторов протекают токи, равные по величине, но противоположные по направлению. В результате выходное напряжение будет равно их алгебраической сумме.

Uвых=Uк1-Uк2u1Uвх1u2Uвых2u(Uвх1-Uвых2),

где Кu1u2u – коэффициенты усиления одного плеча усилителя.

Следует заметить, что формирование входных сигналов одинаковой величины с противоположными знаками достаточно сложно. По этой причине ими пользуются значительно реже, чем асимметричным сигналом. В последнем случае входной сигнал подаётся только на первый вход схемы (рис.5), а на вход второго транзистора сигнал поступает с резистора RЭ через резистор R4.

Высокая стабильность работы дифференциального УПТ может быть достигнута только при строгом равенстве параметров элементов каждого плеча схемы. В реальных условиях достичь этого практически невозможно, не смотря на включение переменного балансировочного резистора, с помощью которого осуществляется первоначальное симметрирование схемы.

 

Операционный усилитель (ОУ) – унифицированный многокаскадный усилитель постоянного тока, как правило, выполненный в виде интегральной микросхемы. Он успешно применяется как при решении многих технических задач (усиления, и преобразования сигналов, стабилизация напряжения и тока и т.п.), так при выполнении математических операций с сигналами (суммирования, вычитания, дифференцирования, интегрирования и т.д.).

На ранних этапах развития вычислительной техники ОУ использовались в аналоговых вычислительных машинах для выполнения математических операций с сигналами. Отсюда и появилось его наименование – операционный (решающий) усилитель.

Основные параметры ОУ должны удовлетворять ряду требований как в отношении электрических характеристик, так и его конструктивного выполнения.

Требования к электрическим характеристикам ОУ связаны в основном с необходимостью обеспечить: высокий коэффициент усиления по напряжению; большое входное и малое выходное сопротивления; линейность передаточной характеристики, высокую верхнюю частоту полосы пропускания.

Требования к конструктивному исполнению ОУ сводится к следующим особенностям его конструкции: наличие двух автономных входов (1) и (2) с общей точкой, соединённой с массой усилителя; выполнению одного из входов (1) с не инвертирующим (совпадении по фазе), а другого (2) с инвертирующим (в противофазе) включением по отношению к выходному сигналу.

Заметим, что в условном обозначении ОУ (рис.6,а) показаны лишь шесть основных выводов.

Основу ОУ составляет дифференциальный усилитель, воздействуя на каналы прямой и обратной связи которого добиваются реализации задач, стоящих перед ОУ. Типовая функциональная схема ОУ приведена на рис. 6,б. Как видно, ОУ можно представить в общем виде состоящим из трёх каскадов: входного дифференциального усилителя (ДУ), имеющего симметричный вход и обеспечивающего высокую стабильность, малое напряжение шумов и т.п.; промежуточного усилителя напряжения (УН), выполненного, как правило, также в виде дифференциального усилителя с большим коэффициентом усиления; выходного эмиттерного повторителя (ЭП),выполненного по двухтактной схеме и обеспечивающего малое выходное сопротивление ОУ.

На рисунке 7а показана электрическая схема ОУ, реализованного в ИМС К140УД1 с разделением на каскады. На рисунке 7б показано ее условно-графическое обозначение.

Рис. 7.

Основными показателями качества работы ОУ является: коэффициент усиления по напряжению Кu, достигающий значение до 106; входное сопротивление Rвх(до 109 Ом); верхняя граничная частота Fв (единицы и десятки МГц).

Благодаря высоким характеристикам, ОУ нашли исключительно широкое применение в электрике и системах автоматики. На основе ОУ получены высококачественные линейные усилители, источники опорных напряжений и тока, генераторы импульсов, схемы сравнения (компараторы) и т.п.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Федеральное агентство по образованию... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального... Тамбовский государственный технический университет...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Обратные связи в усилительных устройствах

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Эта работа не имеет других тем.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги