Підсилювач постійного струму

Підсилювач постійного струму призначений для підсилення повільно змінних сигналів та сигналів нульової частоти. Робочи смуга частот таких підсилювачів знаходиться в межах від 0 до fв.

В пілсилювачах постійного струму використовується беспосередній гальванічний зв’язок між каскадами, тому в схемі відсутні реактивні елементи, такі як котушки чи конденсатори.

При відсутності вхідного сигналу напруга на виході підсилювача Uвих = 0. Резистори R3, R4 складають дільник напруги з коефіцієнтом передачі:

Кд = R4 / (R3 – R4)

Коефіцієнт підсилення всієї схеми

К = Ко * Кд = Ко * R4 / (R3 + R4)

де Ко – коефіцієнт підсилення схеми без дільника.

Недоліком підсилювача постійного струму є дрейф нуля – повільна зміна вихідної напруги при відсутності вхідного сигналу (Uвх = 0). Дрейф нуля зумовлений нестабільністю напруги живлення, впливом температури та нестабільністю параметрів елементів схеми.

Підсилювачі постійного струму реалізують в мікросхемному виконанні і вони являються основою великого класу спеціалізованих аналогових схем – операційних підсилювачів.

1.10

Обратные связи в усилителях

Обратной связью называется эффект подачи части выходного напряжения усилителя на его вход.
Рисунок 1.4 - Структура обратной связи

В общем виде структурная схема усилителя с обратной связью представлена на рис. 1.4. Напряжение с выхода усилителя, имеющего коэффициент усиления К, подается на вход звена обратной связи с коэффициентом передачи . Выходное напряжение звена обратной связи, равное:

подается на вход усилителя, где алгебраически суммируется со входным напряжением.

Отсюда коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью:

Выражение в знаменателе " 1 +/- К " называется глубиной обратной связи и показывает во сколько раз изменяется коэффициент усиления под влиянием ОС.

Знак "+" соответствует отрицательной обратной связи (ООС), которая уменьшает коэффициент усиления усилителя. Особенностью ООС является то, что при больших К значение К >> 1 и выражение для коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью принимает вид:

т.е. определяется только свойствами звена обратной связи. Это свойство обратной связи часто используется в многочисленных схемах аналоговой электроники.

Знак " – " указывает на наличие в усилителе положительной обратной связи (ПОС). Нетрудно увидеть, что при этом происходит увеличение коэффициента усиления. Однако ПОС может вызвать ряд явлений, существенно искажающих режим работы усилителя. Если , , откуда следует, что коэффициент усиления неограниченно возрастает и усилитель входит в режим самовозбуждения.

Все обратные связи можно подразделяются по способу съема сигнала обратной связи на выходе усилителя и по способу введения сигнала на входе. На рис. 1.5 показана последовательная обратная связь, когда сигнал напряжение обратной связи подается на вход последовательно со входным напряжением.

Рисунок 1.5 - Последовательная обратная связь

Если выход звена обратной связи подключается параллельно входу усилителя (рис. 1.6), то обратная связь считается параллельной и выходной ток звена обратной связи алгебраически суммируется со входным током усилителя.

Рисунок 1.6 – Параллельная обратная связь

В зависимости от способа съема сигнала можно выделить обратную связь по напряжению (рис. 1.7), когда сигнал обратной связи Uос пропорционален напряжению на нагрузке усилителя. Если снимать сигнал с шунта, как показано на рис.1.8, то в усилителе реализуется обратная связь по току.

Если усилитель и звено обратной связи содержат только активные элементы, то считается, что обратная связь частотно-независимая. Наличие реактивных элементов в звене обратной связи делает коэффициент передачи усилителя комплексным и обратная связь становится частотно-зависимой, за счет чего может существенно измениться вид амплитудно-частотной фазо-частотной характеристики усилителя

Рисунок 1.7 - Усилитель с ООС по напряжению

Рисунок 1. 8 - Обратная связь по току

Обратная связь может охватывать весь усилитель, как показано на рис. 1.4, или один каскад. В последнем случае обратная связь называется местной. Иногда обратная связь является неотъемлемым свойством усилителя(например за счет паразитных связей) или отдельных усилительных элементов. В этом случае ОС называется внутренней.

Обратной связью называют передачу всей или части энергии уси­ленного сигнала с выхода усилителя или отдельного каскада на вход усилителя. Обратная связь может быть внутренней, т. е. возникающей благодаря особенностям конструкции и физическим свойствам усилительных элементов, и внешней, создаваемой в схеме умышленно для придания усилителю определенных свойств и функциональных особенностей.

Обратная связь может возникнуть вопреки желанию конструктора из-за наличия в схеме паразитных связей между каскадами. Такая обратная связь называется паразитной.

Элементы схемы, создающие обратную связь, образуют цепь обратной связи. Коэффициент передачи цепи обратной связи обычно обозначается β. Цепь обратной связи совместно с частью схемы уси­лителя, которую она охватывает, образует петлю обратной связи, или контур обратной связи. В зависимости от числа петель обратной свя­зи в усилителе обратная связь может быть одно- или многоконтур­ной.

Если напряжение U_oc обратной связи пропорционально выходному напряжению усилителя, то обратная связь такого вида называется обратной связью по напряже­нию (рис. 2.1). При этом можно передавать все выходное напряжение на вход схемы или только часть его, используя делитель напряжения, подключаемый параллельно нагрузке. В этом случае сопротивления ре­зисторов делителя напряжения должны быть существенно выше сопротивления на­грузки для того, чтобы не уменьшать ток через нагрузку.

Если напряжение U_oc обратной связи пропорционально току в нагрузке усилителя, то обратная связь такого вида называется обратной связью по току (рис. 2.2). Для того, чтобы получить напряжение U_oc, нужно использовать ре­зистор R, включаемый последовательно с нагрузкой. В таком случае сопротивление этого резистора должно быть гораздо меньше сопротивления нагрузки для того, чтобы не уменьшать напряжение на нагруз­ке. Кроме того, мощность этого резистора должна быть достаточной для пропускания большого выходного тока усилителя.

1.11

Влияние обратных связей на основные параметры усилителя

Обратная связь, в особенности отрицательная, оказывает значительное воздействие практически на все основные параметры усилителя, существенно улучшая его свойства. Уже отмечалось, что отрицательная обратная связь снижает коэффициент усиления усилителя, а положительная увеличивает.
Если в усилителе имеется отрицательная обратная связь, то:

Отношение:

показывает, что относительное изменение коэффициента усиления при наличии отрицательной обратной связи в раз меньше, чем без обратной связи. Таким образом, отрицательная обратная связь оказывает стабилизирующее действие на работу усилителя, причем это воздействие тем выше, чем больше глубина обратной связи. Особо следует отметить случай, когда и ,т.е. коэффициент усиления не зависит от изменения параметров самого усилителя и определяется только глубиной обратной связи. Это обусловлено тем, что любое изменение коэффициента усиления сразу вызывает изменение UОС, знак которого противоположен входному напряжению. Изменение UOC происходит до тех пор, пока выходное напряжение не вернется к исходному значению, т.е. происходит его эффективная стабилизация. В целом, наличие отрицательной обратной связи позволяет получить высокую стабильность коэффициента усиления при наличии значительного разброса параметров элементов аппаратуры. 1.3.2 Полоса пропускания. За счет повышения стабильности коэффициента усиления "завалы" АЧХ в области низких и высоких частот будут значительно ослаблены. Это хорошо видно из рис. 1.9, где приведены АЧХ усилителя без обратной связи и при наличии ООС. Введение отрицательной обратной связи приводит к расширению полосы пропускания , а также уменьшает частотные и фазовые искажения в раз:

при этом АЧХ становится более равномерной. Следует отметить, что введения в контур обратной связи частотно-зависимых звеньев можно добиться эффективной коррекции формы АЧХ.

Рисунок 1.9 – Влияние ООС на АЧХ усилителя

1.3.3 Входное сопротивление. Рассмотрим усилитель с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению (рис. 1.10).

Рисунок 1.10 – Усилитель с ООС по напряжению

Следует отметить,что при определенных фазовых и амплитудных соотношениях в усилителе за счет отрицательной обратной связи могут возникать неустойчивые режимы работы.

1.12

Дата добавления: 2015-11-16