Исследование обратной связи

3.1. Цель работы

Исследование влияния обратной связи на частотные характеристики электрических цепей.

3.2. Краткие теоретические сведения

Обратная связь – это явление передачи энергии с выхода системы на ее вход.

Принцип организации обратной связи (ОС) поясняется функциональной схемой рис.3.1. Таким образом, на вход исходного устройства с передаточной функцией К(jw) подается сумма входного сигнала U _ВХ и сигнала обратной связи U _ОС. Напряжение ОС U _ОС формируется цепью обратной связи с передаточной функцией К1(jw) из выходного напряжения U _ВЫХ системы.

Рис.3.1. Функциональная схема системы с обратной связью

Передаточная функция системы с обратной связью

. (3.1)

В качестве одного из элементов системы с ОС будем использовать линейную модель операционного усилителя (ОУ) (рис.3.2) передаточная функция, которого определяется величинами Z1 и Z2.

Рис.3.2. Включение операционного усилителя в режиме

инвертирующего усилителя

Передаточная функция инвертирующего усилителя, приведенного на рис.3.2 вычисляется по следующей формуле

. (3.2)

3.3 Задание к лабораторной работе

3.3.1. На основе варианта задания к лабораторной работе №1 рассчитать параметры элементов Г – образного четырехполюсника (рис.1.3а), из которых составить последовательный RLC контур (рис.3.3). Сопротивление резистора R принять равным характеристическому сопротивлению четырехполюсника. Составить передаточную функцию RLC контура.

Рис.3.3. Схема включения последовательного RLC контура

3.3.2. Из таблицы 3.1. согласно варианту задания выбрать величину модуля коэффициента усиления | К | инвертирующего усилителя рис.3.2. Сопротивление элемента R1 = Z1 принять чисто активным с величиной на два порядка выше характеристического сопротивления Г – образного четырехполюсника. Рассчитать сопротивление резистора R2 = Z2.

Варианты заданий

Таблица 3.1

№ варианта
К	-0.5	-0.6	-0.7	-0.8	-0.9	-1.1	-1.2	-1.3	-1.4	-1.5

3.3.3. Составить передаточную функцию инвертирующего усилителя.

3.3.4. Включить RLC контур на выход инвертирующего усилителя. Составить и построить передаточную функцию данного устройства (устройство А).

3.3.5. Ввести обратную связь с передаточной функцией К1(jw) = 1 в устройство А. Составить и построить передаточную функцию устройства А с обратной связью.

3.3.6. Ввести в обратную связь устройства А фазоинвертор, устройство с передаточной функцией К1(jw) = –1. Составить и построить передаточную функцию данного устройства (устройство В).

Замечание: Фазоинвертор выполнить на базе инвертирующего усилителя с единичным коэффициентом передачи.

3.3.7. Составить описание схем на внутреннем языке Pspice.

3.3.8. Произвести расчет цепей в среде PSpice.

3.3.9. Результатом расчета являются АЧХ и ФЧХ следующих устройств:

– инвертирующего усилителя;

– RLC контура;

– устройства А;

– устройства А с ОС

– устройства В с ОС;

3.3.10. Повторить п.3.3.7 – п.3.3.9 для случая равенства величины модуля коэффициента усиления инвертирующего усилителя единице | К | = 1.

3.3.11. Сравнить полученные результаты с теоретическими по п.3.3.1 – п.3.3.6. Определить типы обратной связи исследуемых устройств.

3.3.12. Составить отчет о проделанной работе.

3.4. Порядок выполнения работы

Последовательность действий, необходимых для выполнения лабораторной работы рассмотрим на примере составления схемы устройства В и ее описания на внутреннем языке PSpice.

3.4.1. На рис.3.4 приведена схема анализируемого устройства. Цепь ОС с передаточной функцией К1(jw) = 1 легко организовать, подав сигнал с выхода устройства через резистор R3 на вход инвертирующего усилителя, причем сопротивления резисторов R3 и R2 должны быть одинаковыми.

Рис.3.4. Исследуемый усилитель с цепями обратной связи.

3.4.2. Описание схемы на внутреннем языке PSpice.

Для моделирования ОУ удобно использовать линейный источник напряжения управляемый напряжением (рис.3.5), который описывается следующим предложением:

E N₊ N_- NC₊ NC_- K,

где

N₊ N_- – номера узлов, к которым подключен выход ОУ;

NС₊ NС_- – номера узлов, к которым подключен вход ОУ;

К – коэффициент усиления (для моделирования он должен быть порядка 10⁶).

Рис.3.5. Линейная модель операционного усилителя

Исследование устройства В (рис.3.4)

OS

V1 1 0 AC 1

E1 3 0 2 0 1Meg

R1 1 2 10K

R2 3 2 12K

R3 7 2 10K

L1 3 4 318U

C1 4 5 31.8N

R4 5 0 86.6

R5 5 6 10K

R6 7 6 10K

E2 7 0 6 0 1Meg

.AC DEC 100 1K 500K

.PROBE

.END

3.5. Контрольные вопросы

3.5.1. Что называется обратной связью?

3.5.2. Дайте классификацию типов обратной связи.

3.5.3. Где применяется обратная связь?

3.5.4. Объясните влияние обратной связи на АЧХ устройств.

3.5.5. Назовите и объясните критерии устойчивости замкнутых систем.

3.5.6. Напишите формулы передаточных функций последовательно соединенных и параллельно соединенных звеньев.

Дата добавления: 2015-11-03