Obliczanie wzmacniaczy ze sprzężeniem zwrotnym. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Początkujący amator radiowy

 Komentarze do artykułu

Sprzężenie zwrotne (FB) jest szeroko stosowane we wzmacniaczach. System operacyjny pozwala znacznie poprawić ich parametry, a w niektórych przypadkach stworzyć nowe urządzenia w oparciu o wzmacniacze - wyzwalacze, generatory itp. Uogólniony obwód wzmacniacza z systemem operacyjnym pokazano na ryc. 55.

Sygnał wejściowy Uc i sygnał OS Uoc podawane są na sumator A1, a następnie do wzmacniacza A2 ze współczynnikiem przenikania Ko (zwykle Kc>>1). Sygnał z wyjścia wzmacniacza Uo przechodzi przez obwód sprzężenia zwrotnego ze wzmocnieniem p (zwykle p<<1), tworząc sygnał sprzężenia zwrotnego Uoc. Załóżmy najpierw, że ani wzmacniacz, ani układ sprzężenia zwrotnego nie wprowadzają przesunięć fazowych. Wówczas dla przypadku sumowania sygnałów w A1 możemy zapisać Uo = (Uc + UoC)Ko. Jednocześnie Uoc = βUo. Podstawiając, znajdujemy zysk całego urządzenia K:

Uo = UC.Ko(1-Koβ),

K = Uo/Uc = Ko/(1-Koβ).

Widzimy, że wzmocnienie wzrasta i przy Koβ = 1 dąży do nieskończoności. A to oznacza samowzbudzenie - wzmacniacz staje się generatorem. OS tego typu nazywany jest pozytywnym (POS), często wykorzystuje się go do tworzenia generatorów, regeneratorów i podobnych urządzeń. We wzmacniaczach częstotliwości audio (UZCH) prawie nigdy nie występuje.

Teraz nie sumujmy, a odejmijmy sygnały w węźle A1. Obliczenia pozostają takie same, ale znaki we wzorach ulegną zmianie:

K = Uo/Uc = Ko/(1+Koβ).

Sprzężenie zwrotne stało się ujemne (NF) i teraz zmniejsza wzmocnienie. Wydawać by się mogło, że to właśnie jest jej główna wada. Jednak w pełni się to opłaca przy innych przydatnych cechach OOS, a uzyskanie dużego wzmocnienia początkowego (Ko) w nowoczesnych urządzeniach tranzystorowych nie stanowi dużego problemu.

Pierwszą użyteczną właściwością OOS jest redukcja zniekształceń nieliniowych. Zadaniem wzmacniacza jest odtworzenie na wyjściu dokładnej kopii sygnału wejściowego, jednak przy dużym napięciu i/lub mocy. Zniekształcony sygnał wyjściowy można przedstawić jako sumę niezniekształconego sygnału i produktów zniekształceń. Te ostatnie nie znajdują się w sygnale wejściowym, ale przechodzą od wyjścia do wejścia poprzez obwód sprzężenia zwrotnego. A ponieważ jest ujemny, produkty zniekształceń pochodzące z wejścia niejako kompensują się, a ich udział w sygnale wyjściowym jest znacznie zmniejszony.

Kolejną przydatną cechą OOS jest wyrównanie i rozszerzenie pasma przenoszenia wzmacniacza. Na tych częstotliwościach, gdzie wzmocnienie jest większe, wpływ CNF, który zmniejsza ten szczyt wzmocnienia, również staje się większy. Jeżeli Koβ>>1, to jak wynika ze wzoru, K – 1/β.

Po wykonaniu obwodu OOS w postaci niezależnego od częstotliwości dzielnika dwóch rezystorów otrzymujemy płaską charakterystykę częstotliwościową w szerokim zakresie częstotliwości.

Istnieją inne zalety: jeśli sygnał OOS zostanie usunięty z wyjścia wzmacniacza równolegle i podany na wejście szeregowo z sygnałem wejściowym (w przeciwnej fazie z nim, tak że zostanie przeprowadzone odejmowanie), wówczas impedancja wyjściowa wzmacniacza maleje , a rezystancja wejściowa wzrasta.

Jest to najbardziej prymitywna teoria systemu operacyjnego, jak już zapewne się domyślacie, mało odpowiadająca rzeczywistości. Okazuje się, że w żadnym szerokim zakresie częstotliwości nie ma czysto ujemnego lub wyłącznie dodatniego sprzężenia zwrotnego. Co więcej, NOS z pewną częstotliwością może zamienić się w POS. Stanie się tak, jeśli wzmacniacz wprowadzi przesunięcie fazowe bliskie 180°, a sygnał sprzężenia zwrotnego będzie w fazie z wejściem. Jeśli wzmocnienie będzie wystarczające, przy tej częstotliwości wzmacniacz ulegnie samowzbudzeniu i spełni się stare powiedzenie krótkofalarskie: „kiedy zrobisz wzmacniacz, otrzymasz oscylator”.

Wyrażenia, które podaliśmy, pozostają prawdziwe, ale z małym, choć bardzo istotnym zastrzeżeniem - należy w nich zastąpić złożone funkcje współczynników przenoszenia samego wzmacniacza Ko(jω) i obwodu OS β(jω) . Wtedy wynik będzie prawidłowy. Ostatnia formuła zostanie teraz zapisana w następujący sposób;

K(jω)=Ko(jω)/[1+β(jω)Ko(jω)].

Wyjaśnijmy to, co zostało powiedziane na prostym przykładzie. Niech będzie stopień wzmacniający tranzystor o wzmocnieniu 100 (ryc. 56).

Dla uproszczenia nie pokazano łańcuchów odchyleń, chociaż istniejący łańcuch systemu operacyjnego można również wykorzystać do uprzedzeń. Zespolone wzmocnienie wzmacniacza jest określone przez łańcuch RC, w którym R powstaje przez równoległe połączenie rezystancji obciążenia R1 i rezystancji dzielnika OS R2 + R3:

R = R1 (R2 + R3)/(R1 + R2 + R3),

a pojemność C \u1d CXNUMX jest sumą pojemności wyjściowej tranzystora, pojemności montażowej i pojemności wyjściowego kabla ekranowanego (jeśli występuje). Całkowite wzmocnienie kaskadowego wzmacniacza i obwodu RC można znaleźć jako ich iloczyn:

Ko(jω) = 100-1/(1 + jωRC).

Widzimy, że począwszy od pewnej częstotliwości ωc = 1/RC moduł wzmocnienia maleje, a tempo jego zmniejszania jest 2-krotne przy dwukrotnym wzroście częstotliwości, czyli 6 dB na oktawę. Pasmo przenoszenia (zależność modułu wzmocnienia od częstotliwości) naszego wzmacniacza pokazano w skali logarytmicznej na ryc. 57 cienka linia.

Usuńmy równolegle sygnał OS z wyjścia wzmacniacza (patrz rys. 56) i po osłabieniu go dzielnikiem o wzmocnieniu niezależnym od częstotliwości β=R3/(R2+R3)=0,09, podajmy go na wejście szeregowo z sygnałem wejściowym. OS jest ujemny, ponieważ stopień tranzystora odwraca sygnał. Dzięki temu OOS obniży moc wyjściową i zwiększy impedancję wejściową wzmacniacza o 1 + βKo, tj. 10 razy. Złożone wzmocnienie wzmacniacza znajdujemy za pomocą OOS

K(jω) = Ko(jω)/[1+β(jω)Ko(jω)] = 100/(1 + jωRC)[ 1+9/(1 + jωRC)] = 10/(1 + jωRC*) ,

gdzie C* = C/10.

Co widzimy? Wzmocnienie spadło 10-krotnie i osiągnęło wartość 10. Jednak częstotliwość odcięcia odpowiedzi częstotliwościowej wzrosła 10-krotnie, co oznacza takie samo rozszerzenie pasma wzmacniacza. Widok wykresu modułu | K(jω) | pozostała taka sama, co pokazuje pogrubiona linia na ryc. 57. W tym prostym wzmacniaczu z OOS nie obserwuje się żadnych niepożądanych zjawisk (samowzbudzenie, piki w odpowiedzi częstotliwościowej).

Inną sprawą jest to, że OOS obejmuje kilka kaskad. Przykład praktycznego obwodu wzmacniacza trójtranzystorowego z bezpośrednim połączeniem między stopniami pokazano na ryc. 58.

Pierwsze dwa tranzystory działają w tak zwanym trybie „barierowym”, gdy napięcie bazy jest równe napięciu kolektora i wynosi 0,5 ... 0,6 V. Ten tryb jest całkiem odpowiedni do wzmacniania małych sygnałów. Stopień wyjściowy (VT3) pracuje normalnie przy napięciu kolektora równym połowie napięcia zasilania.

Stabilizację trybu wszystkich trzech kaskad osiąga się poprzez podanie sprzężenia zwrotnego z wyjścia na wejście wzmacniacza przez rezystor R4.

Tworzy również niezbędny prąd polaryzacji do podstawy tranzystora VT1. NFB jest stosowany równolegle z sygnałem wejściowym, więc impedancja wejściowa wzmacniacza jest niska.

Często w takim wzmacniaczu obserwuje się samowzbudzenie przy wysokich częstotliwościach. Próby jego wyeliminowania poprzez dodanie pojemności C1, C2, C3 z reguły kończą się niepowodzeniem - wzbudzenie staje się jeszcze silniejsze, chociaż częstotliwość generacji maleje. Przyczyna leży właśnie w tych pojemnościach, a pojemności międzyelektrodowe tranzystorów są wystarczające do wzbudzenia. Sprawę dodatkowo pogarsza pojemność wejściowa C4. Załóżmy, że wszystkie cztery łańcuchy R1C1-R4C4 mają tę samą stałą czasową. Następnie przy częstotliwości odcięcia przesuwają fazę po 45°, a w sumie o 180°.

Zatem OOS przy częstotliwości odcięcia zamienia się w POS! Tłumienie sygnału przez łańcuchy przy częstotliwości odcięcia wynosi tylko 0.74 = 0,25, dzielnik utworzony przez rezystor R4 i rezystancję wejściową kaskady na tranzystorze VT1 powoduje dość duże tłumienie, ale wzmocnienie może wynosić dziesiątki tysięcy. Nawet jeśli wzmocnienie nie jest wystarczające do samowzbudzenia, w odpowiedzi częstotliwościowej wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym przy wyższych częstotliwościach pojawia się zupełnie niepotrzebny pik, jak pokazano na ryc. 59.

Taki pik pozostanie nawet przy różnych stałych czasowych wszystkich obwodów RC (należy przeprowadzić dokładne obliczenia, biorąc pod uwagę równoległe połączenie rezystancji wejściowych tranzystorów VT2, VT3 i rezystorów R1, R2). Będzie to częstotliwość, przy której całkowite przesunięcie fazowe w całej pętli wzmacniacza – obwód OS zbliża się do 180°.

Jak pozbyć się tego nieprzyjemnego efektu? Jest tylko jeden sposób - sprawić, aby wzmocnienie pętli (produkt Cor) było mniejsze od jedności na tych częstotliwościach, gdzie OOS zamienia się w POS. W tym celu można na przykład znacznie zwiększyć pojemność C4. obniżając tym samym częstotliwość odcięcia łańcucha R4C4, a co za tym idzie, jego współczynnik transmisji przy wysokich częstotliwościach. Jeśli bocznikowanie wejścia o dużej pojemności jest niepożądane, można szeregowo z C4 połączyć rezystor o rezystancji kilku kiloomów (rezystancja R4 jest zwykle mierzona w megaomach).

W niektórych przypadkach za taki rezystor może służyć niska impedancja wyjściowa źródła sygnału, w tym przypadku kondensator C4 jest separujący. Wzmacniacz będzie stabilny po podłączeniu źródła sygnału, ale będzie ulegał samowzbudzeniu po wyłączeniu. Jeszcze lepiej jest zrobić rezystor R4 z dwóch połączonych szeregowo i podłączyć duży kondensator między punktem ich połączenia a wspólnym przewodem.

Istnieją także bardziej wyrafinowane metody korekcji częstotliwości, np. z wykorzystaniem ogniw proporcjonalnie całkujących (rys. 60). Rezystancja rezystora R2 (ryc. 60, a) jest wybierana kilkakrotnie mniejsza niż rezystancja R1, wówczas współczynnik przenoszenia równy jedności przy niskich częstotliwościach maleje do wartości R2 / (R1 + R2) przy wysokich częstotliwościach. Przesunięcie fazowe najpierw wzrasta wraz ze wzrostem częstotliwości, następnie maleje i zbliża się do zera przy wystarczająco wysokich częstotliwościach. Inne łącze ma podobną charakterystykę (ryc. 60, b), ale jego impedancja wejściowa ma charakter pojemnościowy i maleje przy wysokich częstotliwościach.

Podsumowując, zobaczmy, jak rozwiązywane są problemy ze stabilnością we wzmacniaczach operacyjnych (wzmacniaczach operacyjnych), ponieważ muszą one pozwalać na pracę ze 100% OOS (β = 1), a ich własne wzmocnienie Ko sięga dziesiątek i setek tysięcy. Z reguły starają się, aby wszystkie stopnie wzmacniacza operacyjnego były bardzo szerokopasmowe, tylko jeden stopień (zwykle daje również maksymalne wzmocnienie) jest wykonywany przy niskiej częstotliwości odcięcia, czasem nawet przy użyciu zewnętrznych kondensatorów korekcyjnych (zwróć uwagę na kondensator C1 w obwód wzmacniacza operacyjnego z poprzedniego rozdziału). W tym przypadku charakterystyka częstotliwościowa wzmacniacza w bardzo szerokim zakresie częstotliwości ma nachylenie 6 dB na oktawę (patrz ryc. 57), a przesunięcie fazowe nie przekracza 90 °.

Rozważaliśmy tylko wzmacniacze z bezpośrednim połączeniem między stopniami, wzmacniające sygnały o dowolnie niskich częstotliwościach, zaczynając od prądu stałego. We wzmacniaczach z kondensatorami sprzęgającymi, które mają również niższą częstotliwość pasma przepustowego, po wprowadzeniu sprzężenia zwrotnego można zaobserwować szczyty odpowiedzi częstotliwościowej w obszarze niskich częstotliwości. Samowzbudzenie objawia się w tym przypadku w postaci „szumu silnika”, „kapania” itp. W tym przypadku należy obliczyć przesunięcie fazowe wprowadzone przez obwody RC składające się z kondensatorów sprzęgających i rezystancji wejściowych kolejnych stopni. W każdym razie niepożądane jest, aby w pętli systemu operacyjnego znajdował się więcej niż jeden taki łańcuch.

Sformułujmy więc główny wniosek z powyższego: wzmacniacze ze sprzężeniem zwrotnym należy projektować tak, aby wzmocnienie pętli było mniejsze od jedności na częstotliwościach, w których przesunięcie fazowe w pętli przekracza 90 i zbliża się do 180 °. Bardziej szczegółowo i na znacznie wyższym poziomie omówione zagadnienia zostały omówione w artykule S. Ageeva „Zagadnienia projektowe dla wzmacniaczy z powszechnym sprzężeniem zwrotnym„w „Radio”, 2003, nr 4, s. 16-19. Znajdują się tam także linki do źródeł pierwotnych.

Autor: V.Polyakov, Moskwa

Zobacz inne artykuły Sekcja Początkujący amator radiowy.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Ładowarki pomagają sieciom energetycznym 05.10.2012 Zasada działania inteligentnej ładowarki opiera się na uwzględnianiu dobowych wahań częstotliwości prądu przemiennego w sieci elektroenergetycznej. Nawet jeśli jest nominalnie, na przykład 50 Hz, jego rzeczywista wartość stale zmienia się między 49,9 a 50,2 Hz. Wahania te odzwierciedlają zmieniającą się równowagę pomiędzy konsumentami a producentami energii elektrycznej. Naukowcy z Cornell University wykazali, że analiza wahań częstotliwości sieci energetycznej może pomóc zrównoważyć zużycie energii. Aby to zrobić, inżynierowie stworzyli ładowarkę do laptopa, która zużywa energię, gdy w sieci energetycznej jest nadwyżka mocy, i przestaje ładować, gdy zużycie ponownie wzrasta. Załączaniem i wyłączaniem urządzenia steruje mikrokontroler z ustawionymi progami częstotliwości dolnego i wysokiego prądu. Wpływ laptopów na ogólną stabilność sieci energetycznej, z zastrzeżeniem pełnego przejścia na „inteligentne” ładowarki, autorzy nazywają „znaczącymi” w skali Wielkiej Brytanii. W pracy brak jednak szczegółowych obliczeń tego efektu. Nie jest również jasne, w jaki sposób okresowe przejścia baterii między różnymi trybami pracy mogą wpłynąć na ich oczekiwaną żywotność.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Pająki jedzą więcej mięsa niż ludzie

▪ Samsung nadal wspiera Rambus

▪ Monitor Samsung S27B971DS z PLS 2560 x 1440 pikseli

▪ Kamery JVC 4KCAM

▪ Elastyczny materiał na czujniki pulsu

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Cywilna komunikacja radiowa. Wybór artykułów

▪ Artykuł Bohra Nielsa. Biografia naukowca

▪ artykuł Jakie jest pochodzenie złotej rybki? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Kierowca pojazdu specjalnego do przewozu LPG. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy

▪ artykuł Timery tyrystorowe. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Przez koronkę. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024