Влияние отрицательной обратной связи на параметры и характеристики усилителя

Выясним, как изменяются при введении отрицательной обратной связи амплитудно-частотная характеристика, стабильность коэффициента усиления, величина входного и выходного сопротивлений усилителя. Ранее было показано, что – каскад имеет максимум коэффициента усиления в области средних частот и уменьшение коэффициента усиления в области низких и высоких частот. Ширина полосы пропускания усилителя определяется верхней и нижней граничными частотами, которые связаны с параметрами усилителя. Для - усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, коэффициент усиления в области высоких частот равен:

. (5.71)

Числитель (5.71) - это коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью в области средних частот:

. (5.72)

С учетом этого коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью в области высоких частот равен:

, (5.73)

Где

. (5.74)

Из выражения (5.74) следует, что постоянная времени нагрузочной цепи усилителя, охваченного последовательной отрицательной связью по напряжению в () раз меньше постоянной времени нагрузочной цепи усилителя без обратной связи. Это означает, что верхняя граничная частота усилителя увеличивается в () раз, расширяя полосу пропускания усилителя.

В области низких частот коэффициент усиления - усилителя с отрицательной обратной связью равен:

. (5.75)

Выражение в числителе – это коэффициент усиления усилителя с отрицательной обратной связью в области средних частот:

. (5.76)

С учетом этого выражение для коэффициента усиления усилителя в области низких частот запишется в следующем виде:

, (5.77)

Где

. (5.78)

Таким образом, постоянная времени переходной цепи усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, в Раз больше постоянной времени усилителя без обратной связи. При этом нижняя граничная частота усилителя уменьшается в раз, то есть происходит расширение полосы пропускания в сторону низких частот.

Введение в усилитель отрицательной обратной связи уменьшает нестабильность коэффициента усиления, причиной которой являются факторы окружающей среды – время, температура, влажность, давление, оказывающие влияние на параметры активных и пассивных элементов. Для усилителя с обратной связью изменение коэффициента усиления оценивают относительной величиной при постоянной величине коэффициента обратной связи. Если по каким-либо причинам коэффициент усиления усилителя изменяется на величину , то коэффициент усиления усилителя с обратной связью также изменится на некоторую величину . Для усилителя с отрицательной обратной связью

. (5.79)

Продифференцируем это выражение по При :

. (5.80)

Из этого выражения следует, что относительное изменение коэффициента усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, уменьшаются пропорционально глубине обратной связи и равно

. (5.81)

При глубокой отрицательной обратной связи и коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен:

. (5.82)

Таким образом, при глубокой отрицательной обратной связи коэффициент усиления не зависит от параметров усилителя, а определяется только параметрами цепи обратной связи.

Введение в усилитель отрицательной обратной связи изменяет величину его входного и выходного сопротивлений. Результаты влияния обратной связи на величину и приведены в таблице 5.1.

Влияние отрицательной обратной связи на и Таблица 5.1

Обратная связь по напряжению	Обратная связь по току
Последовательная	Параллельная	Последовательная	Параллельная

Из таблицы видно, что последовательная отрицательная обратная связь увеличивает входное сопротивление усилителя пропорционально глубине обратной связи, а параллельная обратная связь уменьшает входное сопротивление пропорционально глубине обратной связи.

Отрицательная обратная связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление усилителя пропорционально глубине обратной связи, а отрицательная обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление усилителя пропорционально глубине обратной связи.

Возможность увеличения входного сопротивления и уменьшения выходного сопротивления усилителя является важным свойством отрицательной обратной связи с точки зрения согласования каскадов усиления.

Типичными каскадами с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению являются эмиттерный (рис.4.26) и истоковый (рис.4.35) повторители. В этих каскадах имеет место 100% отрицательная обратная связь по напряжению. Такой вид обратной связи обусловливает высокое значение входного сопротивления и низкое значение выходного сопротивления этих каскадов, что позволяет использовать их в качестве согласующих каскадов.

Ниже приводятся схемы некоторых усилителей с различными видами отрицательной обратной связи. На рис.5.27 показана схема однокаскадного усилителя напряжения с последовательной отрицательной обратной связью по току. В этом усилителе ток коллекторной нагрузки, протекая через резистор обратной связи , преобразуется в напряжение, которое приложено к эмиттерному переходу транзистора в противофазе по отношению к напряжению, действующему на входе.

Рис.5.27. Усилитель с последовательной отрицательной обратной связью по току

На рис.5.28 показана схема усилителя напряжения с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению.

Рис.5.28. Усилитель с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению

В этом каскаде напряжение обратной связи, создаваемое на резисторе , поступает на базу транзистора в противофазе с напряжением, действующим на входе.

На рис 5.29 показана схема двухкаскадного усилителя напряжения с параллельной отрицательной обратной связью по току.

Рис.5.29. Усилитель с параллельной отрицательной обратной связью по току

В этом каскаде в базу первого транзистора втекает ток источника сигналов и ток обратной связи .

2) Выпрямительные устройства предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного

тока.

Выпрямители бывают управляемые и неуправляемые. В зависимости от числа фаз источника питания существуют однофазные и трехфазные выпрямители. По способам преобразования переменного тока различают однополупериодные и двухполупериодные выпрямители.

На рис. 23 приведена электрическая схема и временные диаграммы напряжения и тока в однофазном однополупериодном выпрямителе.

Рис. 23

Вследствие односторонней проводимости диода (вентиля) ток в нагрузке проходит в один полупериод, а в другой полупериод тока в цепи нет. В положительный полупериод . В отрицательный полупериод .

Таким образом, в нагрузке имеем пульсирующий ток, который можно представить в виде суммы двух составлящих: постоянной и переменной. Постоянную составляющую тока или напряжения можно определить как среднее значение мгновенной величины за период.

Основными параметрами, характеризующими работу выпрямителя являются:

1 - средние значения тока и напряжения на нагрузке

2 - коэффициент пульсаций

,

где - амплитуда основной гармоники выпрямленного напряжения.

Для однополупериодного выпрямителя = 1,57.

Подобные выпрямители служат для питания цепей малой мощности и

высокого напряжения, например электронно-лучевых трубок.

Достоинства данной схемы:

1. Простота конструкции.

2. Малое число диодов.

Недостатки:

1. Большой коэффициент пульсаций.

2. Наличие постоянной составляющей тока в обмотке трансформатора.

Дио́дный мо́ст — электрическая схема, предназначенная для преобразования («выпрямления») переменного тока в пульсирующий. Такое выпрямление называется двухполупериодным ^].

Схемы однофазного моста Гретца итрёхфазного выпрямителя Ларионова на трёх параллельных полумостах

Схема включения

Выполняется по мостовой схеме Гретца. Изначально она была разработана с применением радиоламп, но считалась сложным и дорогим решением, вместо неё применялась схема Миткевича со сдвоенной вторичной обмоткой в питающем выпрямитель трансформаторе. Сейчас, когда полупроводники очень дёшевы, в большинстве случаев применяется мостовая схема.

Вместо диодов в схеме могут применяться вентили любых типов — например селеновые столбы, принцип работы схемы от этого не изменится.

Порядок работы

На вход (Input) схемы подаётся переменное напряжение (обычно, но не обязательно синусоидальное). В каждый из полупериодов ток проходит только через 2 диода, 2 других — заперты:

Выпрямление положительной полуволны

Выпрямление отрицательной полуволны

При выпрямлении 3-фазного тока 3-фазным выпрямителем результат получается ещё более «гладким»

В результате, на выходе (DC Output) получается напряжение, пульсирующее с частотой, вдвое большей частоты питающего напряжения:

Красным — исходное синусоидальное напряжение, зелёным — однополупериодное выпрямление (для сравнения), синим — рассматриваемое двухполупериодное

Выпрямитель

Подключение конденсатора

Практически, для получения постоянного (а не пульсирующего) напряжения, схему надо дополнить фильтром на конденсаторе, а также, возможно, дросселем и стабилизатором напряжения.

Преимущества

Двухполупериодное выпрямление с помощью моста (по сравнению с однополупериодным) позволяет:

· получить на выходе напряжение с повышенной частотой пульсаций, которое проще сгладить фильтром на конденсаторе

· избежать постоянного тока подмагничивания в питающем мост трансформаторе

· увеличить его КПД, что позволяет сделать его магнитопровод меньшего сечения.

Недостатки

· Происходит двойное падение напряжения по сравнению с однополупериодным выпрямлением (прямое напряжение диода × 2 ≈ 1 В), это иногда нежелательно.

· При перегорании одного из диодов схема превращается в однополупериодную, что может быть не замечено вовремя, и в устройстве появится скрытый дефект.

Дата добавления: 2015-05-06