andrey

Путь к Файлу: /Разное / Аналоги / Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ за струмом.doc

Ознакомиться или скачать весь учебный материал данного пользователя
Скачиваний:   1
Пользователь:   andrey
Добавлен:   31.01.2015
Размер:   222.0 КБ
СКАЧАТЬ

ЗАТВЕРДЖУЮ

 

Завідувач кафедри №_3_

д.т.н. професор

 

   В.Д.Карлов

 

 „___”__________________2008р.

 

 

 

 

 

ЛЕКЦІЯ №9

 

ТЕМА 2. Зворотні зв’язки в підсилювачах

 

ТЕМА ЛЕКЦІЇ 9.    Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом

 

Мета: вивчення впливу  паралельного ЗЗ за напругою та за струмом на характеристики підсилювачів

 

Література: [1] с.152-165

 

Питання заняття та розподіл часу:

1. Підсилювачі із паралельним ЗЗ за напругою (45 хв.)

2. Підсилювачі з ЗЗ за струмом (45хв.)


1.  Підсилювачі з паралельним зворотним зв'язком за напругою

 

Структурна схема підсилювача з паралельним ЗЗ за напругою зображена на рис. 2.8.

На рис. 2.8 використані такі позначення, як і на рис. 2.4. Як бачимо з рис. 2.8, підсилювач з коефіцієнтом підсилення напруги К є інвертуючим. На це вказують напрями напругПідсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом, а також струмівПідсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом. З рис. 2.8 виходить, що Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом, тобто на вході підсилювача алгебраїчно підсумовуються струми, отже ЗЗ є паралельним. Зменшення струму на вході підсилювача завдяки дії кола ЗЗ означає, що зворотний зв’язок негативний. Коротке замикання навантаження (Uвих = 0) приводить до усунення ЗЗ (Uзз = βззUвих = 0), отже, на рис. 2.8 маємо ЗЗ за напругою. До складу кола ЗЗ входять опір Zзз та паралельно з'єднані за відсутності вхідного сигналу Z1 та Zвх, тобто

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом. (2.12)

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Визначимо основні параметри підсилювача з паралельним ЗЗ за напругою, вважаючи, що всі параметри підсилювача без ЗЗ та кола ЗЗ відомі.

 

Комплексний коефіцієнт передачі підсилювача (Кзз)

Враховуючи, що Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом, вираз для Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмоммає вигляд

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.13)

На основі методу суперпозиції представимо Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмомяк суму двох доданків

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом

(2.14)

де  Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом –

коефіцієнт передачі вхідного кола підсилювача при короткому замиканні на виході.

Після підстановки (2.14) в (2.13) та простих перетворень отримуємо

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.15а)

Як бачимо, вираз (2.15а) майже збігається з виразом (2.4) для підсилювача з послідовним ЗЗ за напругою, тобто позитивний ЗЗ (Т > 0) підвищує підсилення, бо Кзз > К, а НЗЗ (Т < 0) зменшує підсилення, бо Кзз < К. При великому петльовому підсиленні Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом підсилювач з паралельним НЗЗ має

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом

тобто Кзз визначається лише параметрами Zзз, Z1, Zвх кола НЗЗ (2.12, 2.14).

У найбільш важливому для практики випадку Zвх ® ¥ [(Квх ® Zзз/(Zзз + Z1), bзз ® Z1/(Z1 + Zзз)] останній вираз приймає вигляд 

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

Вхідний опір підсилювача (Zвх33)

Як бачимо з рис. 2.8, вхідний опір підсилювача з паралельним НЗЗ за напругою дорівнює

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.16)

Таким чином, при фіксованій напрузі Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмомзамикання кола НЗЗ приводить до появи додаткового струму Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом, тобто вхідний опір підсилювача зменшується. При позитивному паралельному ЗЗ струм Jзз змінює свій напрям на протилежний Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом, тобто вхідний опір збільшується.

Для знаходження залежності Zвхзз від параметрів підсилювача в чисельник (2.16) підставимо (2.14) Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом а в знаменник (2.16) підставимо Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом. В результаті отримаємо

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.17)

У найбільш важливому для практики випадку Zвх ® ¥ [(Kвх ® Zзз/(Zзз + Z1), bзз ® Z1/(Z1 + Zзз)] останній вираз після простих перетворень приймає вигляд

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.18)

За наявності чисто негативного паралельного ЗЗ вираз (2.18) стає таким: Zвх зз = Z1+Zзз/(1+K), тобто еквівалентна схема підсилювача з паралельним НЗЗ має вигляд (рис. 2.9, а).

Рис. 2.9, а підтверджує факт зменшення вхідного опору підсилювача за наявності паралельного НЗЗ, бо при аналізі вважалось, що в підсилювача без НЗЗ Zвх ® ¥. З рис. 2.9, а також бачимо, що опір Zзз перераховується до вхідного кола з коефіцієнтом 1 + K, що збігається з відомим ефектом Міллера (1.74а). При дуже великому підсиленні (К >> 1) вхідна напруга Uвх = (Uвих/К) ® 0, тобто вхідний опір підсилювача з паралельним НЗЗ дорівнює Zвх зз » Z1.

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Вихідний опір підсилювача (Zвих зз)

За визначенням (1.7) вихідний опір підсилювача дорівнює

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом,

(2.19)

де (рис. 2.8) Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

Після підстановки двох останніх виразів у (2.19) та простих перетворень отримаємо

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.20)

Для найбільш важливого випадку Zвх ® ¥, як відомо (2.15б), Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом, тоді

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.21)

З останнього виразу виходить, що позитивний ЗЗ за напругою збільшує Zвих, бо Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом, а НЗЗ за напругою зменшує Zвих, бо Кзз < K.

Поширеним прикладом використання паралельного НЗЗ за напругою є підсилювач із CЕ, стабілізований за допомогою резистора Rб (рис. 2.9, б). Як бачимо з рис. 2.9, б, через резистор Rб забезпечується НЗЗ, бо базова та колекторна напруги протифазні. При цьому НЗЗ існує як за постійним, так і за змінним струмом. Зворотний зв'язок за постійним струмом стабілізує режим роботи підсилювача, бо

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.22)

З останнього виразу бачимо, що зростання коефіцієнта В перед дробом при підвищенні температури частково компенсується зменшенням чисельника дробу. Негативний ЗЗ за змінним струмом стабілізує параметри підсилювача (2.15a, 2.17, 2.20), де Z1 = Rг, Zзз = Rб, Zвх = Rвх т, Zвих = Rк, Квх = Rвх т/(Rг + Rвх т),

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом

Принцип стабілізації параметрів підсилювача пояснимо якісно за допомогою мнемонічного запису, де збільшення величини зображається стрілкою, спрямованою вверх, а зменшення – вниз:

а) стабілізація коефіцієнта підсилення К при Uвх = const

К¯ – (Uвих = КUвх)¯ – Jб­ – Jк­ – Uвих­ – К­;

б) стабілізація вхідного опору Rвх

Rвх¯ – (Jвх»Jб)­ – Jк­ – Uвих­ – Uб¯ – Jб¯ – Rвх­;

в) стабілізація вихідного опору Rвих

Rвих­ – (Uвих = Eвих – JвихRвих)¯ – Uб­ – Jб­ – Jк­ – Uвих­ – Rвих¯.

За відсутності резистора Rб в схемі (рис. 2.9, б) підсилювач має паразитний паралельний ЗЗ по напрузі за рахунок ємності колекторного переходу транзистора Ск. Вплив величини ємності Ск на частотні та перехідні характеристики підсилювача розглянуті в підрозд. 1.7.3.

Найбільш поширеним є застосування паралельного НЗЗ за напругою в аналогових електронних пристроях на операційних підсилювачах, яке буде розглянуто в третьому розділі.

 

2. Підсилювачі з негативним зворотним зв'язком за струмом

Аналіз підсилювачів з НЗЗ за струмом проведемо лише якісно для підсилювачів, зображених на рис. 2.10, а, б. Для спрощення аналізу будемо вважати, що вхідні сигнали підсилювачів мають середні частоти, підсилювачі інвертуючі, а коло НЗЗ чисто пасивне, тодіПідсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

На рис. 2.10, а зображений підсилювач з послідовним НЗЗ, бо Uвх = Uвх зз – Uзз, а на рис. 2.10, б – підсилювач з паралельним НЗЗ, бо Jвх = Jвх зз – Jзз. Коротке замикання навантаження (Rн = 0) не знищує НЗЗ, бо вихідний струм підсилювача продовжує текти через вхідний опір R кола НЗЗ, утворюючи на вході підсилювачі Uзз ¹ 0 (рис. 2.10, а) або Jзз ¹ 0 (рис. 2.10, б). Таким чином обидва підсилювача мають НЗЗ за струмом.

Розглянемо, як змінюються основні параметри підсилювачів при замиканні кола НЗЗ за струмом. Як і раніш, будемо вважати, що замикання кола НЗЗ не змінює напругу або струм від джерела вхідного сигналу, тобто при послідовному НЗЗ (рис. 2.10, а) Uвх зз = const, а при паралельному НЗЗ (рис. 2.10, б) Jвх зз = const. Пояснення будемо робити за допомогою мнемонічного запису, де збільшення величини зображається стрілкою, спрямованою вверх, а зменшення - вниз.

Коефіцієнт підсилення підсилювача (Кзз)

При замиканні кола послідовного НЗЗ за струмом (Uвх зз = const) з’являється Uзз ¹ 0, що приводить до таких змін (рис. 2.10, а):

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом

Таким чином, послідовний НЗЗ за струмом зменшує коефіцієнт підсилення напруги.

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


При замиканні кола паралельного НЗЗ за  струмом (Jвх зз = const) з’являється Jзз ¹ 0, що приводить до таких змін (рис. 2.10, б):

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом

Таким чином, паралельний НЗЗ за струмом зменшує коефіцієнт підсилення ЕРС.

 

Вхідний опір підсилювача (Rвх зз)

При замиканні кола послідовного НЗЗ за струмом (UВХ ЗЗ = const) з’являється Uзз ¹ 0, що приводить до таких змін (рис. 2.10, а):

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

При замиканні кола паралельного НЗЗ за струмом (Jвх зз = const)  з’являється  Jзз ¹ 0, що приводить до таких змін (рис. 2.10, б):

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмомПідсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

Таким чином, як і при НЗЗ за напругою (2.7, 2.18), послідовний НЗЗ за струмом збільшує вхідний опір підсилювача, а паралельний НЗЗ за струмом його зменшує.

Вихідний опір підсилювача (Rвих зз)

Для визначення впливу НЗЗ за струмом на вихідний опір підсилювача розглянемо, як змінюється вихідний струм Jвих зз порівняно з Jвих підсилювача без НЗЗ при зміні опору навантаження Rн.

Припустимо, що опір Rн зменшується. Це приводить до зростання обох струмів

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом.

(2.23)

Якщо НЗЗ послідовний (рис. 2.10, а), то зростання Jвих зз приводить до збільшення Uзз = ззJвих зз R, що викликає зменшення Uвх = Uвх зз – Uзз та Евих = КUвх. Таким чином, зростання Jвих зз, викликане зменшенням Rн (2.23), частково компенсується зменшенням Jвих зз, викликаним зменшенням Евих завдяки дії НЗЗ. Якщо НЗЗ паралельний (рис. 2.10, б), то зростання Jвих зз, викликане зменшенням Rн (2.23), приводить до зростання Jзз, який є частиною Jвих зз. Це викликає зменшення Jвх = Jвх зз – Jзз, Uвх = JвхRвх та Евих = КUвх. Отже, як і в підсилювачах з послідовним НЗЗ за струмом, зростання Jвих зз, викликане зменшенням Rн, частково компенсується зменшенням Jвих зз, викликаним зменшенням Евих завдяки дії НЗЗ. Інакше кажучи, наявність як послідовного, так і паралельного НЗЗ за струмом стабілізує величину вихідного струму, бо залежність його від опору Rн зменшується.

Як відомо (рис. 1.15, а), мала залежність струму генератора ЕРС від опору навантаження означає, що генератор має великий внутрішній опір, який забезпечує стабільність струму генератора. Таким чином, зростання стабільності вихідного струму в підсилювачах з НЗЗ за струмом означає підвищення їх вихідного опору Rвих зз порівняно з Rвих підсилювачів без НЗЗ.

 

3. Засоби забезпечення стійкості

 

Багатокаскадні підсилювачі (БП) застосовують у тих випадках, коли один підсилювальний каскад не може забезпечити задані підсилювальні параметри Кu, Кі, Кр, Rвх, Rвих або форму АЧХ підсилювача. Наприклад, відомо (1.30), що найбільш поширений каскад з CЕ не може мати коефіцієнт підсилення гармонічної напруги, більший, ніж 20 Ек [В], вхідний опір підсилювача з CЕ (1.26) звичайно не перевищує декількох сотень Ом, а вихідний опір (1.34) обмежений знизу величиною Rк, зменшення якої приводить до спаду підсилення. Використання каскадних схем підсилювачів (підрозд. 1.8) дозволяє знайти певний компроміс між параметрами підсилювачів, але для отримання великих коефіцієнтів підсилення все ж необхідно переходити до БП.

Багатокаскадний підсилювач – це послідовне з'єднання однокаскадних підсилювачів, за якого вихідний сигнал попереднього каскаду поступає на вхід наступного каскаду, тобто вихідна напруга БП дорівнює

Uвих(jω)  =  Uвх(jω) Ku1(jω) · Ku2(jω) · ...Kun(jω),

(2.24)

де Uвх(jω) - комплексна амплітуда напруги на вході 1-го каскаду;

     K(jω) - комплексна частотна характеристика і-го каскаду;

       n – число каскадів БП.

Поряд з можливістю збудження БП паразитні ЗЗ приводять також до спотворень його частотних характеристик, які, завдяки обмеженості динамічного діапазону, змінюються при зміні амплітуди вхідного сигналу, тобто робота підсилювачів стає нестійкою.

Для забезпечення cтійкості БП в усьому діапазоні частот використовують як конструктивні, так і схемотехнічні засоби. Основними конструктивними засобами забезпечення стійкості є:

1) зменшення довжини з'єднувальних провідників у вхідних та вихідних колах підсилювачів. Цей засіб дозволяє зменшити значення паразитних взаємних індуктивностей Мп та ємностей Сп (рис. 2.14);

2) збільшення відстані між провідниками та елементами вхідних і вихідних кіл підсилювальних каскадів. Цей засіб також дозволяє зменшити значення паразитних Мп та Сп (рис. 2.14);

3) зменшення довжини провідників живлення та заземлення, спільних для каскадів багатокаскадного підсилювача, що дозволяє зменшити значення rж, Lж та rз, Lз відповідно (рис. 2.14). Для виключення впливу rж, Lж та rз, Lз на стійкість багатокаскадних підсилювачів треба для кожного каскаду мати окремі провідники живлення та заземлення;

4) екранування провідників та елементів як вхідних, так і вихідних кіл підсилювальних каскадів. В апаратурі військового призначення часто роблять екранування або окремих підсилювальних каскадів, або підсилювача в цілому. Металеві екрани ретельно заземляють, за необхідності охолодження екранованої апаратури в корпусі екрана роблять круглі отвори малого діаметра або щільові отвори вздовж ліній струмів, наведених в екрані. В найбільш важливих випадках застосовують ієрархічне екранування, тобто екранують як окремі каскади, так і весь БП в цілому. При друкованому монтажі екранування досягається також розміщенням між сигнальними провідниками знеструмлених провідників, з'єднаних з обох сторін з корпусом.

З вищеозначеного виходить, що конструктивні засоби підвищення стійкості БП збільшують їх габарити та масу, значно обмежують можливості підвищення щільності їх монтажу. Більш економічними є схемотехнічні засоби підвищення стійкості. До таких засобів належить зменшення паразитного ЗЗ між підсилювальними каскадами через спільні кола живлення за рахунок включення в цих колах розв'язуючих фільтрів Rф, Cф. На рис. 2.17 зображена схема багатокаскадного підсилювача з розв'язувальними фільтрами Rф, Cф в кожному з каскадів.

Підсилювачі з паралельним ЗЗ за напругою та ЗЗ  за струмом
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Опір резисторів Rф вибирають з умови Rф >> 1/ωсСф, де ωс – частота підсилюваного сигналу. При виконанні цієї умови змінна складова колекторного струму Jк тече не через джерело живлення Ек, як це робить постійна складова Iк, а через конденсатор Сф шляхом найменшого опору (рис. 2.17, пунктир). В результаті на внутрішньому опорі rдж джерела живлення та опорі спільних провідників живлення (rж + jωLж) не утворюється падіння змінної напруги, яка через резистори Rб була б прикладена до входів підсилювальних каскадів. Якщо падіння постійної напруги IRф небажане, то замість Rф використовують дроселі з індуктивністю LфсLф >> 1/ωсСф).

 

 

Зміст лекції та план проведення заняття затверджено на засіданні ПМК „___”_________200  р.  Протокол №

 

Ст. викладач кафедри № _3_ к.т.н. доцент_______ Куц В.С.

 

Наверх страницы

Внимание! Не забудьте ознакомиться с остальными документами данного пользователя!

Соседние файлы в текущем каталоге:

На сайте уже 21970 файлов общим размером 9.9 ГБ.

Наш сайт представляет собой Сервис, где студенты самых различных специальностей могут делиться своей учебой. Для удобства организован онлайн просмотр содержимого самых разных форматов файлов с возможностью их скачивания. У нас можно найти курсовые и лабораторные работы, дипломные работы и диссертации, лекции и шпаргалки, учебники, чертежи, инструкции, пособия и методички - можно найти любые учебные материалы. Наш полезный сервис предназначен прежде всего для помощи студентам в учёбе, ведь разобраться с любым предметом всегда быстрее когда можно посмотреть примеры, ознакомится более углубленно по той или иной теме. Все материалы на сайте представлены для ознакомления и загружены самими пользователями. Учитесь с нами, учитесь на пятерки и становитесь самыми грамотными специалистами своей профессии.

Не нашли нужный документ? Воспользуйтесь поиском по содержимому всех файлов сайта:



Каждый день, проснувшись по утру, заходи на obmendoc.ru

Товарищ, не ленись - делись файлами и новому учись!

Яндекс.Метрика