Частотные и фазовые искажения

Ранее на примере усилителя с передаточной функцией вида было показано, что введение цепи ООС фактически уменьшает постоянную времени усилителя в глубину отрицательной обратной связи раз, т. е. в раз.

Воспользовавшись выражением для фазовой частотной характеристики, в этом случае можно записать

Для малых значений , разлагая функцию arctg в ряд, получим

. (10)

Выражение (10) показывает, что при введении цепи ООС фазовый сдвиг, вносимый усилителем, уменьшается. При этом безразлично, какой вид ООС используется. Следует отметить, что поскольку введение цепи ООС расширяет полосу пропускания усилителя, то, согласно определению коэффициента частотных искажений, абсолютное значение частотных искажений также падает.

Применение комбинированной ОС в системах связи. В линейных усилителях многоканальных систем связи широкое применение нашли местные частотно-зависимые и частотно-независимые ООС. Однако простейшие способы снятия и ввода сигнала ОС оказываются не всегда приемлемыми. Применительно к линейным усилителям можно заметить, что они работают на переменную нагрузку. В этом случае меняются параметры нагрузки усил-ля, а следовательно, и глубина ОС (возвратная разность) , тогда изменяется и

,

где - коэффициент усиления усилителя без ОС;

S – крутизна характеристики передачи усилителя, равная отношению приращения тока в нагрузке к приращению напряжения сигнала на входе усилителя;

Z _Н – сопротивление нагрузки усилителя переменному току.

Таким образом, это приводит к дрейфу К _ос усилителя, изменению входного и выходного сопротивление усилителя, появляются амплитудно-частотные искажения. Удается стабилизировать параметры усилителя, применив на входе и выходе усилителя дифференциальные системы (шестиполюсники), которые позволяют реализовать комбинированную ОС (сигнал ОС пропорционален току и напряжению на выходе и вводится последовательно и параллельно по входу).

Принцип работы усилителя с шестиполюсниками мостового типа на входе и выходе можно прояснить с помощью рис. 11. По отношению к нагрузке Z _Н цепь съема напряжения ООС U _ос оказывается подключенной в сбалансированную диагональ моста, а поэтому U _ос не зависит от напряжения нагрузки U _Н.

Во входную мостовую схему (аналогичную по структуре выходной) U _ос подается в противоположную диагональ моста по отношению к точкам подключения входной линии. Таким образом, такой способ организации ООС в линейном усилителе, позволяет стабилизировать глубину ООС: глубина не зависит от параметров нагрузки, коэффициент усиления К _ос = const, постоянно входное сопротивление усилителя и равно его пассивному сопротивлению.

U ₂

Z ₁

1¢

ЦОС

U ₁

U _вх

U _ос

I _Н

Рис. 11  

Z _Н

Источник сигнала

Z ₃

Z ₄

Z ₂

Z _вх

Z ₅

Z ₇

Z ₈

Z ₂

2¢

I ₁

В целом введение ООС позволяет значительно улучшить качественные показатели усилителя. Наличие в усилителе глубокой ООС существенно уменьшает влияние температуры, влажности, разброса параметров транзисторов и других дестабилизирующих факторов. Отрицательная обратная связь – это эффективный способ борьбы с помехами, возникающими в выходном каскаде усилителя в виде нелинейных искажений. Введение глубокой ООС позволяет значительно улучшить параметры ШПУ, а именно: стабилизировать коэффициент усиления, уменьшить нелинейные искажения и уровень собственных помех (шумов), расширить диапазон усиливаемых частот, облегчить задачу коррекции АЧХ.

Контрольные вопросы:

1. Как влияют различные виды цепей ОС на абсолютную и относительную величины коэффициента усиления усилителя?

2. В чем состоит физический смысл повышения стабильности коэффициента усиления усилителя с ООС?

3. Как изменяется полоса пропускания усилителя при введении различных цепей ОС.

4. Объясните, каким образом введение цепей ОС влияет на искажения выходного сигнала усилителя.

5. Входное сопротивление какого усилителя больше: охваченного последовательной цепью ОС по входному напряжению или току?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные на лекции вопросы позволяют составить общее представление о применении обратных связей в усилителях.

Более подробно способы осуществления обратной связи будут рассмотрены в последующих темах.

Задание на самостоятельную работу:

1. Изучить материал по рекомендованной литературе.

2. Дополнить конспект лекции.

3. Решить пример.

Дано: п ри изменении напряжения питания от 10 до 12 В коэффициент усиления операционного усилителя типа К140УД6 изменяется от 4,5∙10³ до 6∙10³. Для случая введения линейной цепи ООС с b _ос = 0,01 определить значение К _ОС и .

Решение. 1. Согласно выражению (2) имеем

.

2. Относительное изменение коэффициента усиления усилителя цепи ООС

.

3. Так как цепь ООС линейна, то ее параметры не зависят от напряжения питания и нестабильностью ОС пренебрегаем d_{b ос} = 0. Тогда согласно выражению (5) получим

.

Таким образом, нестабильность Кос улучшилась в 0,25/0,0041 = 61 раз.

Дата добавления: 2015-07-15