Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 7

                Для организации цепей ОС могут быть использованы различ­ные элементы, которые делят на активные и пассивные, линей­ные и нелинейные, частотно-зависимые и частотно-независимые. Использование в цепи ОС тех или иных элементов позволяет при­дать радиотехническому устройству те свойства и параметры, ко­торые требуются. Так, если усилительное устройство охватить ча­стотно-зависимой цепью ОС, используя конденсаторы, резисто­ры и индуктивные катушки, то можно реализовать различные фильтры или автогенераторы. При использовании в цепи ОС не­линейных элементов (транзисторов или диодов) можно постро­ить устройства, осуществляющие, например, умножение или ло­гарифмирование сигналов.

                Обратные связи могут быть внешними и внутренними. При организации внешней ОС элементы в ее цепи соединяются не­посредственно с внешними выводами активного элемента или основного устройства (каскада). В качестве элементов внутренней ОС могут выступать различные параметры радиоэлементов, на­пример, емкости

p-n-переходов транзистора, участок ВАХ тун­нельного диода, на котором наблюдается отрицательное сопро­тивление, паразитная емкость резистора, магнитное поле между двумя рядом расположенными проводниками.

                Структурная схема электронного устройства с цепью органи­зованной ОС приведена на рис. 12.2. На схеме четырехполюсник «Усилитель» представляет собой основное усилительное звено с собственным коэффициентом передачи (усиления) напряжения Ку. Четырехполюсник ОС обеспечивает передачу части сигнала с выхода основного электронного звена на его вход. Передача сигналов по цепи ОС может происходить двумя способами: во-пер­вых, с выхода устройства на его вход, а во-вторых, с входа уст­ройства к его выходу. Соответственно можно рассматривать и ко­эффициенты передачи четырехполюсника ОС двух видов. Коэф­фициент KОC65 характеризует передачу сигнала по цепи ОС с вы­хода радиотехнического устройства к его входу, а коэффициент КОС56 — передачу сигнала по цепи ОС с входа радиотехнического устройства к его выходу. Коэффициент передачи KOС56 существен­но меньше коэффициента передачи КОС65 основного электронно­го устройства, поэтому при дальнейшем изложении материала его учитывать не будем. В общем виде коэффициенты передачи явля­ются комплексными величинами Ky() и KOC65().

Рис. 12.2. Структурная схема электронного устройства с цепью организо­ванной ОС

                Входной и выходной шестиполюсники с коэффициентами К34 и К12 обеспечивают как передачу части выходного сигнала в цепь ОС, так и прием сигнала, прошедшего по цепи ОС, на входе радиотехнического устройства. На рис. 12.3 показаны шестиполюс­ники связи с параллельной и последовательной передачей (при­емом) сигнала.

                Для организации цепи ОС сигнал с выхода радиотехнического устройства может быть снят как в параллельном (ОС по напряжению) (см. рис. 12.3, а), так и в последовательном (ОС по току) (см. рис. 12.3, б) режимах.

Рис. 12.3. Шестиполюсники связи с параллельной (а) и последователь­ной (б)

передачей (приемом) сигнала

Соответственно, передача сигнала по цепи ОС на вход электронного устройства, в который также может осуще­ствляться в параллельном (ОС по току) (см. рис. 12.3, а) и после­довательном (ОС по напряжению) (см. рис. 12.3, 6) режимах. На рис. 12.4 показаны различные варианты организации цепей ОС в электронных устройствах. К основным из них относятся следую­щие:

        1.  Обратная связь параллельная по входу и параллельная по выходу

(см. рис. 12.4, а). В этом случае ток ОС İос на входе устрой­ства зависит от его выходного напряжения Ůвых.

        2.  Обратная связь последовательная по входу и последователь­ная по выходу (см. рис. 12.4, б). В этом случае напряжение ОС Ůoc на входе устройства зависит от его выходного тока  İ2 .

        3.  Обратная связь параллельная по входу и последовательная по выходу (см. рис.  12.4, в), в которой ток обратной связи   İос  на входе устройства зависит от его выходного тока İ2 .

        4.  Обратная связь последовательная по входу и параллельная по выходу (см. рис. 12.4, г), в которой напряжение обратной связи Ůос на входе устройства зависит от его выходного напряжения Ůвых.

             Для определения вида обратной связи на выходе устройства создается режим холостого хода или короткого замыкания. Если в режиме холостого хода на выходе устройства напряжение ОС на входе устройства достигает максимального значения, а ток равен нулю, то это параллельная по входу и выходу ОС. Если в этом же режиме ток достигает максимального значения, а напряжение равно нулю, то это параллельно-последовательная ОС. Если в ре­жиме короткого замыкания на выходе устройства напряжение на входе устройства равно нулю, а ток достигает максимального зна­чения, то это последовательная по входу и выходу ОС. Если в этом же режиме напряжение достигает максимального значения, а ток равен нулю, то это последовательно-параллельная ОС.

Рис. 12.4. Варианты организации пепси ОС в электронных устройствах:

а — параллельная ОС: 6 — последовательная ОС; в- параллельно-последовательная ОС; г— последовательно-параллельная ОС

12.2. Коэффициент передачи цепи обратной связи. Правило

определения петлевой передачи

               Рассмотрим коэффициент передачи напряжения цепи с обрат­ной связью на примере варианта организации цепи ОС в элект­ронных устройствах, представленного на рис. 12.4, г. Для этой цепи напряжение Uвх() на входе основного усилительного звена Kу()  можно записать в виде

                               Uвх() = U1()  ± Uoc().                                        (12.1)

                В формуле (12.1) знак «+» используется, если входное напря­жение Uвх()  находится в противофазе с напряжением ОС Uoc()  а знак «-» применяется в случае совпадения по фазе вход­ного напряжения Uвх() с напряжением ОС Uoc().

                Пусть K ()  — комплексный коэффициент передачи напряже­ния устройства с цепью ОС. Тогда напряжение Uвых()  на выходе устройства, охваченного цепью обратной связи, будет иметь вид