Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 10

              В этом выражении коэффициент петлевой передачи Т 10= Ку Кос. Коэффициент передачи Кос по цепи обратной связи можно счи­тать постоянным и не зависящим от различных дестабилизирую­щих факторов (температура, излучение и т.д.), поскольку в эту цепь входят, как правило, только пассивные элементы R, С, L. Учитывая это, можно найти относительное отклонение коэффи­циента усиления устройства, охваченного цепью ООС:

                                                                                                     (12.10)

где ΔК и Δ Kу — абсолютные отклонения коэффициента усиления устройства, охваченного цепью обратной связи и без цепи обрат­ной связи соответственно.

             Из (12.10) следует, что относительное отклонение коэффици­ента усиления усилителя с цепью обратной связи в F раз меньше относительного отклонения коэффициента усиления устройства без цепи обратной связи.

              Анализируя выражения (12.9) и (12.10), отметим следующее. В усилительных устройствах с глубокой ООС (F» 1), в которых коэффициент усиления Ку основного усилительного звена стре­мится к бесконечности, произведение КуКоссущественно больше единицы. В этом случае коэффициент усиления К Ку/(Ку Кос)≈1/Кос не зависит от коэффициента усиления Ку основного уси­лительного звена, а определяется только коэффициентом переда­чи Косцепи обратной связи. Это и позволяет повысить устойчи­вость и определенность параметров усилительного устройства, ох­ваченного цепью глубокой ООС, поскольку Кос, как правило, не зависит от влияния дестабилизирующих факторов.

             Устойчивость электронных устройств с ОС. В реальных устрой­ствах, охваченных цепью ООС, имеется множество реактивных элементов, накапливающих энергию магнитного и электрических полей. Такие элементы присутствуют как непосредственно в уси­лительном звене, так и в цепи ООС. Их наличие вызвано проявле­нием паразитных эффектов емкостного и индуктивного характе­ров в радиокомпонентах.

             Наличие таких элементов в устройстве приводит к появлению дополнительного фазового сдвига выходного сигнала относитель­но входного. При этом возможна ситуация, когда дополнитель­ный фазовый сдвиг φд достигает величины 180°. В этом случае ООС переходит в ПОС, что может привести к возникновению паразит­ной генерации в усилительном устройстве. В связи с этим важной задачей, которую приходится решать при построении устройств с ООС, является обеспечение их устойчивости.

               В соответствии с выражением (12.4) коэффициент передачи усилителя, в котором учтено влияние паразитных эффектов ра­диокомпонентов, описывается следующим выражением:

К()=( Куехр ())/(1+ Ку Косехр[j(φ+ψ)]),

где Ку и Космодули коэффициентов передачи соответственно основного усилительного звена и цепи обратной связи; φ и ψ — фазовые сдвиги, которые возникают при прохождении сигнала через основное усилительное звено и цепь обратной связи соот­ветственно.

              Допустим, что цепь ОС является чисто резистивной, соответ­ственно, никаких фазовых сдвигов эта цепь вносить не будет, т.е. ψ= 0. В этом случае при изменении частоты входного сигнала  Uвх() фазовый сдвиг в цепи основное усилительное звено —цепь ОС будет обеспечиваться только реактивными элементами усилительного звена φ =f(ω).

               На рис. 12.11 показаны диаграммы распределения напряжений в усилительном устройстве с цепью ОС при дополнительных фа­зовых сдвигах φд на 0°, 60°, 90° и 180°. Пусть сигнал на выходе основного усилительного звена сдвинут по фазе относительно вход­ного сигнала устройства на 100°. Цепь ОС никаких фазовых сдви­гов сигнала не вносит. В этом случае модули входного напряжения Uвх и напряжения ОС Uос, например (см. рис. 12.4, г), будут нахо­диться в противофазе. При подобном распределении фаз напря­жение, приложенное к входу основного усилительного звена, бу­дет иметь вид

U1 = Uвх-Uос(см. рис. 12.11, а). Этот случай характе­рен для усилительных устройств, охваченных цепью ООС и рабо­тающих в области низких частот.

               При увеличении частоты входного сигнала реактивные элементы основного усилительного звена вызовут изменение фазового сдви­га ср выходного сигнала из-за появления дополнительного фазо­вого сдвига φд = φ- 180° в цепи. В этом случае напряжение U1 (см. рис. 12.11, 6) будет определяться разностью входного напряже­ния Uвхи проекцией на ось абсцисс напряжения Uособратной свя­зи. Напряжение Uосвозрастает, но остается меньше Uвх. Соответ­ственно, ОС в усилительном устройстве остается отрицательной.

               Дальнейшее увеличение частоты входного сигнала может при­вести к ситуации, когда дополнительный фазовый сдвиг будет отвечать условию φд = 90° (см. рис. 12.11, в). В этом случае проекция Uосна ось абсцисс равна нулю. Напряжение U1начинает превы-

Рис. 12.11. Диаграммы распределения напряжений в усилительном уст­ройстве с цепью ОС при дополнительных фазовых сдвигах на 0° (а), 60° (б), 90° (в) и 100° (г)

шать входное напряжение Uвх. Это приводит к изменению пара­метров усилителя.

              При φд > 90° (см. рис. 12.11, г) ОС из отрицательной начинает переходить в положительную. Это приводит к возникновению па­разитной генерации в усилительном устройстве и соответственно к невыполнению устройством своих основных функций по усиле­нию сигнала.

              При введении в усилительное устройство ООС практически всегда найдется диапазон частот, в котором ООС переходит в ПОС. Для принятия мер, исключающих этот переход, необходимо иметь критерии, позволяющие оценить частоты, на которых возможен переход от ООС к ПОС.

              Для оценки устойчивости линейной цепи в частотной области можно использовать критерий Найквиста. Особенность этого кри­терия состоит в следующем. Коэффициент усиления усилительно­го устройства с цепью ООС описывается выражением (12.4), ко­торое преобразуем к виду

                                                                                    (12.11)