Устойчивость устройств с обратной связью - Конспект Лекций, раздел Приборостроение, Аналоговые электронные устройства Как Уже Отмечалось В Разд.1.1 Оос Широко Используется В Аэу Для Улучшения Пар...
Как уже отмечалось в разд.1.1 ООС широко используется в АЭУ для улучшения параметров и характеристик этих устройств. Из-за фазовых сдвигов, вносимых устройством и ЦОС ООС может оказаться положительной на краях полосы пропускания или вне её. В этом случае возможно самовозбуждение устройства, – появление на выходе напряжения при отсутствии сигнала на входе (автоколебания). Появление автоколебаний означает полный выход схемы из-под контроля, она не может выполнять свои прямые функции. Но даже если схема на возбудилась, но близка к этому состоянию, то её АЧХ и переходная характеристика заметно искажаются, это приводит к недопустимым ошибкам при воспроизведении сигнала.
В разд. 1.2 мы установили условия возникновения самовозбуждения:
и .
При проектировании системы с ОС мы должны дать ответ на два вопроса.
1.Устойчива ли данная система с ОС?
2.Насколько она устойчива (каков её запас устойчивости)?
Ответы на эти вопросы дают различные критерии устойчивости. Алгебраические критерии устойчивости (Рауса – Гурвица, Льенара – Шинара) опираются на некоторую модель устройства с ОС, применимость которой ограничена несколькими соображениями.
1. Любая модель есть упрощения реальности, если математическая модель допускает аналитическое решение, то это упрощение должно быть довольно существенным.
2. Даже при отсутствии сильных упрощений едва ли можно догадаться о существовании и оценить величины всех факторов, влияющих на устойчивость (например, индуктивность выводов УЭ, монтажная емкость, реактивные параметры источника сигнала и нагрузки и т.п.).
Кроме математических моделей существует реальная схема, доступная, гибкая, которая, в конце концов, есть лучшая модель самой себя. Почему бы не воспользоваться ею? Частотные критерии устойчивости (Найквиста, Боде) как раз основаны на работе с реальными АЧХ и ФЧХ основного устройства и ЦОС.
Критерий устойчивости Найквиста применим к системам с ОС, которые в разомкнутом состоянии сами по себе устойчивы, т.е. не содержат неустойчивых внутренних контуров.
Критерий Найквиста гласит, что устройство с ОС устойчиво, если годограф возвратного отношения T(jf) не охватывает точку с координатами (-1; 0) в области частот от 0 до ¥ (рис. 1.7).
Как и следовало ожидать, на устойчивость схемы влияют обе передаточные функции КПП Ke*(jf) и ЦОС B(jf), т.к. .
В абсолютно устойчивой схеме (рис.1.7, а) фазовый сдвиг возвратного отклонения таков, что при любом значении модуля этого отклонения критическая точка (-1; 0) не охватывается годографом.
Рис. 1.7. Годографы Найквиста для различных устройств: а – абсолютно устойчивого;
б – условно устойчивого; в – неустойчивого
При условной устойчивости (рис.1.7, б) или устойчивости по Найквисту годограф T(jf) не охватывает критическую точку, но схема может перейти в автоколебательный режим (возбудится) не только из-за увеличения но и из-за уменьшения модуля возвратного отклонения T(f). Это может быть вызвано, например, уменьшением напряжения питания или перегрузкой усилителя сильным сигналом (помехой). После снятия возмущения усилитель останется в возбужденном состоянии. Чтобы не допустить возбуждения, в условно устойчивых схемах применяют автоматическую регулировку фазового сдвига (штриховая линия на рис. 1.7, б). Однако практическая реализация такой регулировки затруднительно, поэтому условно устойчивые системы стараются не применять.
В неустойчивых системах (рис. 1.7, в) годограф T(jf) охватывает критическую точку (-1; 0), но если уменьшить модуль возвратного отношения T(f) (штриховая линия на рис. 1.7, в), то точка (-1; 0) будет лежать вне годографа и система перейдет в устойчивое состояние.
Вследствие технологического разброса параметров элементов, входящих в основное устройство и ЦОС реальная форма годографа T(jf) отличается от построенного для номинальных (средних) значений параметров. Кроме того, параметры УЭ сильно зависят от температуры и режима питания. Поэтому годограф T(jf) должен
всегда проходить на некотором расстоянии от критической точки (-1; 0), чтобы обеспечить необходимый запас устойчивости по модулю и аргументу (фазе).
Запас устойчивости по аргументу Y равен углу между вещественной осью и прямой, соединяющей начало координат и точку пересечения годографа с окружностью единичного радиуса (рис. 1.8, а).
Запас устойчивости по модулю равен расстоянию между критической точкой (-1; 0) и точкой пересечения годографа с вещественной осью (рис. 1.8, б), т.е. разницей между единицей и модулем T(f) на той частоте, где связь стала положительной.
Если одновременно введем запас устойчивости по модулю и фазе, т.е. Y> 0 и точка годографа T(fп) лежит правее критической точки, то возбуждение возможно только при совместном увеличении модуля T(f) на X и изменение аргумента на угол pY.
Для устройств на дискретных элементах рекомендуется запас по модулю дБ (раз) и по аргументу , что соответствует углу . Если устройство реализовано в виде микросхемы, то обычно исходят из запаса по а
аргументу , что соответствует углу , не вводя запаса по модулю (X= 0). Это объясняется тем, что фазовый угол может не всегда достигаться и частота fп – не всегда существовать.
Таким образом, положительный запас устойчивости по фазе (Y>0) означает, что схема работает устойчиво, а отрицательный или нулевой запас (Y£0), что схема неустойчива. Аналогично запас устойчивости по модулю больший единицы соответствует устойчивой схеме, и наоборот. Так как практически запас устойчивости по фазе определить очень трудно, то об относительной устойчивости схемы судят по форме её АЧХ и переходной характеристике (разд. 4.4).
АНАЛОГОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА. ЧАСТЬ II. Конспект лекций для студентов специальности “Радиотехника” всех форм обучения...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Устойчивость устройств с обратной связью
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Влияние ОС на передаточные свойства
устройства
Основное назначение ОС – передача сигнала с выхода устройства на его вход. Кроме того, существует и побочное (как правило нежелательное) влияние ОС на параметры и характ
Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления
Влияние ОС на входное сопротивление зависит от знака, глубины и способа подачи ОС на вход устройства и не зависит от способа снятия ОС с его выхода.
Для получения количественных со
Влияние обратной связи на стабильность коэффициента передачи
В рабочих условиях коэффициент передачи любого устройства не остается постоянной величиной, так как на него воздействуют такие дестабилизирующие факторы как изменение напряжения питания, колебания
Влияние обратной связи на внутренние помехи
Внутренние помехи усилителя ограничивают тот минимальный сигнал, который может быть усилен усилителем без заметных искажений, т.е. ухудшают чувствительность усилителя.
Введение ООС привод
Влияние обратной связи на нелинейные искажения
Введение ООС позволяет уменьшить нелинейные искажения, возникающие в усилителе. Физически это можно объяснить тем, что посторонние составляющие выходного напряжения или тока – гармоники и комбинаци
Режим В
Режимом В называют такой режим, при котором ток в выходной цепи УЭ существует в течение половины периода сигнала.
Режим С
В режиме С, так же как в режиме В, УЭ работает с отсечкой выходного тока. Причем угол отсечки q < p/2. Для этого рабочая точка должна располагаться левее точки пересечения спря
Режим D
В режиме D УЭ работает как электронный ключ, т.е. УЭ или закрыт, или открыт. В первом случае через УЭ протекает незначительный ток, а во втором мало падение напряжения на нем. Поэтому и
Температурная нестабильность режима полевого транзистора
Как у всех приборов, построенных на основе полупроводниковых структур, свойства полевого транзистора (ПТ), а значит и его режим работы зависит от температуры.
С увеличением температуры ум
Методы стабилизации
Существуют два метода стабилизации режима работы УЭ:
- параметрический (компенсация температурных изменений);
- автоматический (при помощи ООС).
В первом
Схема эмиттерной стабилизации
Схема эмиттерной стабилизации (рис.2.10) является самой распространенной схемой. Стабилизация осуществляется за счет последовательной ООС по току, возникающей из-за наличия в схеме резистора
Схемы истоковой стабилизации
Эти схемы (рис.2.13) обладают лучшей стабильностью, чем цепи на рис. 2.12, так как за счет
Генераторы стабильного тока
Рассмотренные в предыдущих разделах автоматические способы стабилизации режима в аналоговых интегральных микросхемах (ИМС) не желательны, так как они требуют применение высокоомных резисторов, зани
Особенности каскадов предварительного усиления
Назначение каскадов предварительного усиления (КПУ) – повышение уровня входного сигнала до значения, при котором обеспечивается нормальное возбуждение мощного выходного каскада. Поэтому
Принципиальная и эквивалентная схемы
Достоинством резисторного каскада кроме простоты и малых размеров, является способность создавать равномерное усиление в широкой полосе частот и нечувствительность к воздействию переменных магнитны
Область средних частот
Для любого линейного четырёхполюсника коэффициент передачи по напряжению (табл. 4.1 в [1])
Область верхних частот и малых времен
Эквивалентная схема каскада для этого диапазона частот (времен) приведена на рис. 3.3, в.
Подставляя (3.2) в (3.1) и учитывая, что
Схема эмиттерной высокочастотной коррекции
Схема такой ВЧ коррекции приведена на рис. 3.13. Здесь RКОР, СКОР – корректирующие элементы, RЭ, СЭ – элементы схемы эмиттерн
Схема низкочастотной коррекции
НЧ коррекция чаще всего осуществляется постановкой RФCФ - фильтра в цепь питания (рис. 3.19).
АЧХ для разных значений СФ изображены на рис.
Принцип действия
Пусть на вход ДК, симметрично относительно оси А-А¢ (рис. 3.22), поступают синфазные сигналы (СС), т.е. сигналы, амплитуды и фазы которых совпадают.
Параметры дифференциального каскада
Входное сопротивление для ДС (RВХ) – это сопротивление между полюсами 1–0 (рис. 3.24). Со стороны источника сигнала VT1 включён по схеме ОК с нагрузкой
Усилительные каскады с
динамическими нагрузками
Повышение коэффициента усиления любого кас
Устойчивость многокаскадного усилителя постоянного тока
Пусть многокаскадный УПТ на нулевой частоте охвачен частотно-независимой (В=const) ООС. За счет дополнительных фазовых сдвигов в области верхних частот ООС переходит в положительную и при возвра
Влияние емкости нагрузки и входной емкости на устойчивость ОУ
Пусть ОУ без ОС является системой первого порядка, т.е. его АЧХ не имеет изломов и спадает со скоростью –20дБ/дек. Если ОС частотно-независимая, то порядок возвратного отношения также будет первым
Инвертирующий усилитель
Инвертирующий усилитель (ИУ) – это усилитель, обладающий стабильным (наперёд заданным) коэффициентом усиления с разностью фаз между входным и выходным сигналами 180°.
ИУ является о
Неинвертирующий усилитель
Неинвертирующий усилитель (НУ) – это усилитель, обладающий стабильным коэффициентом усиления при нулевой разности фаз между входными и выходными сигналами.
Суммирующий усилитель
Суммирующий усилитель (сумматор) суммирует сигналы, подаваемые на вход.
Сумматор представляет собой расширение инвертора напряжения путём подключения к инвертирующему входу ОУ допо
Дифференциальный усилитель
Дифференциальный усилитель (ДУ) предназначен для усиления разности двух входных напряжений (рис. 5.9).
Стабилизация коэффициентов усиления ДУ так же, как и для инвертир
Дифференциатор
Дифференциатор (ДФ) – это устройство, у которого выходной сигнал пропорционален производной по времени от входного сигнала
Логарифмирующие и антилогарифмирующие усилители
Логарифмирующий усилитель (ЛУ) – это устройство, у которого выходная переменная, например напряжения, пропорциональна логарифму входной переменной.
ЛУ используются при сжатии (
Перемножители с переменной крутизной
Идея этого метода проста: один сигнал изменяет крутизну активного элемента, который усиливает другой входной сигнал. В результате выходное напряжение схемы будет пропорционально произведению входны
Назначение, параметры
Компараторы являются простейшими аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), т.е. устройствами, преобразующими непрерывный сигнал в дискретный.Они предназначены для сравнения входного сиг
Особенности применения полупроводниковых компараторов
Компараторы, получившие наибольшее распространение, можно разделить на четыре группы: общего применения (К521СА2, К521СА5) , прецизионные (К521СА3, К597СА3), быстродействующие (К597СА1, К597СА2) и
Специализированные компараторы на операционных усилителях
При сравнении низкочастотных сигналов с высокой точностью (десятки микровольт) при минимальной потребляемой мощности использование компараторов на базе ОУ часто оказывается более предпочтительное,
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
и 
.
.
возвратного отклонения таков, что при любом значении модуля этого отклонения критическая точка (-1; 0) не охватывается годографом.
между вещественной осью и прямой, соединяющей начало координат и точку пересечения годографа с окружностью единичного радиуса (рис. 1.8, а).
на угол pY.
дБ (
раз) и по аргументу 
, что соответствует углу 
. Если устройство реализовано в виде микросхемы, то обычно исходят из запаса по а
, что соответствует углу 
, не вводя запаса по модулю (X= 0). Это объясняется тем, что фазовый угол 
может не всегда достигаться и частота fп – не всегда существовать.
Новости и инфо для студентов