Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 11

                  В выражении (12.11) параметр Ky()Koc()= Т () харак­теризует передачу сигнала в усилительном устройстве при разор­ванной петле ОС (см. рис. 12.5). В соответствии с этим коэффици­ент петлевой передачи можно представить в виде

                                        Т () = |Ky () Koc()| exp{j[φ(ω)+ψ(ω)]},                 (12.12)

где |Ky () Koc ()|-- модуль коэффициента петлевой передачи; φд (ω) = φ(ω) + ψ( ω) — дополнительный фазовый сдвиг сигнала, возникающий в электронном устройстве с ростом частоты.

              В области нижних частот величина, стоящая в знаменателе выражения (12.11), для устройств с ООС всегда положительна и больше единицы, т.е. 1 + |Ку() Кос () |>1 так как φд (ω) =0 (см. рис. 12.11, а). По мере роста частоты модуль |Ку() Кос () | как пра­вило, уменьшается, а φд  становится отличным от нуля, и на ка­кой-то частоте может достичь величины π/2.   В этом случае в выра­жении (12.12)   выполняется условие

ехр[jφд (ω)] = соs (π/2) = 0. Тогда знаменатель выражения (12.11) становится равным единице, а K()= Ky(). Это точка перехода устройства в область ПОС.

              По мере роста частоты сигнала может возникнуть ситуация, когда в выражении (12.12) начинает выполняться другое условие: ехр[jφд (ω)] = соs (π/2)  = -1. В данном случае знаменатель в (12.11) обра­щается в нуль, a K () стремится к бесконечности. Это приводит к возникновению паразитной генерации в устройстве. Для исклю­чения этой ситуации необходимо наложить ограничение на вели­чину дополнительного фазового сдвига φд  и величину |Ку () Кос () |.

              В данном случае неравенство нулю знаменателя в (12.11) возмож­но лишь при условиях

                                                 |Ку () Кос () |<1 и φд(ω) <180º,                               (12.13)

являющихся критериями устойчивости усилительных устройств с ООС. Выполнение этих условий возможно, если коэффициент петлевой передачи на комплексной плоскости не попадает в точ­ку 1 + j0. В соответствии с этим критерий устойчивости Найквиста звучит следующим образом. Если коэффициент пет­левой передани T () разомкнутого линейного тракта на комплекс­ной плоскости не попадает в точку (1, j0), то при замкнутой цепи обратной связи линейное устройство устойчиво.

             Таким образом, изменяя глубину ОС, можно обеспечить устой­чивость усилительного устройства. Однако это достигается, как правило, за счет того, что снижается частотный диапазон еди­ничного усиления устройства. При проектировании электронных устройств с цепью ООС для обеспечения их устойчивости изна­чально оговаривают запас по фазе φ3  и запас по коэффициенту усиления К3. Запас по фазе φ3 — это величина фазового сдвига, на которую не достигается дополнительный фазовый сдвиг величи­ной 180°. Из практических соображений величину φ3 выбирают на уровне 30°... 60°. Запас по коэффициенту усиления К3это значе­ние коэффициента усиления, соответствующего диапазону изме­нения φ3. Запас К3 должен быть не менее 3 дБ.

ГЛАВА 13

НЕЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ

13.1. Понятие нелинейных цепей

               Под нелинейной радиотехнической цепью понимается цепь, в которой имеется один или более нелинейных элементов. Нелиней­ные элементы — это радиокомпоненты, основной параметр которых (сопротивление, емкость, индуктивность) зависит от напря­жения на его внешних зажимах или от тока, протекающего через элемент. На рис. 13.1 показаны ВАХ линейного и нелинейного ре­зисторов, вольт-фарадные характеристики линейного и нелинейного конденсаторов, ампер-веберные характеристики линейной и нелинейной катушек индуктивности.

               Различают следующие виды нелинейных элементов: нелинейный резистор — элемент цепи, сопротивление которо­го зависит от напряжения, приложенного к его внешним выво­дам. Соответственно ВАХ этого элемента имеет нелинейный вид (см. рис. 13.1, я);

               нелинейный конденсатор — элемент цепи, емкость которого за­висит от напряжения, приложенного к его внешним выводам. Соответственно вольт-фарадная характеристика конденсатора име­ет нелинейный вид (см. рис. 13.1, 5);

               нелинейная катушка индуктивности — элемент цепи, индук­тивность которого зависит от тока, протекающего через него. Со­ответственно ампер-веберная характеристика индуктивной ка­тушки имеет нелинейный вид (см. рис. 13.1, в).

Рис. 13.1. ВАХ линейного 1 и нелинейного 2 резисторов (а); вольт-фарад­ные характеристики линейного 1 и нелинейного 2 конденсаторов (б); ампер-веберные характеристики линейной 1 и нелинейной 2 катушек индуктивности (в)

                Множество радиоэлектронных элементов можно рассматривать как нелинейные резисторы. На рис. 13.2 показаны ВАХ полупро­водникового и туннельного диодов, динистора. Эти элементы мо­гут иметь два, три и более выводов. Для всех этих элементов ток, протекающий через них, и соответственно сопротивление отно­сительно их внешних выводов зависят от напряжения, приложен­ного к внешним выводам элемента.

                 К числу нелинейных резисторов, имеющих три вывода, отно­сят, например, биполярные п-р-п-типа и полевые с управляю­щим р-п-переходом транзисторы, графическое обозначение кото­рых показано на рис. 13.3. У этих приборов два электрода являются

Рис. 13.2 ВАХ полупроводникового (а) и туннельного диодов (б), дини­стора (в)

Рис. 13.3. Графические обозначения биполярного п-р-п— типа (а) и поле­вого

с управляющим  р-п-переходом (б) транзисторов

основными (эмиттер и коллектор у биполярного транзистора; ис­ток и сток у полевого транзистора). Третий электрод у этих нели­нейных резисторов (база у биполярного транзистора и затвор у полевого транзистора) позволяет управлять величиной нелиней­ного сопротивления (эмиттер—коллектор и исток—сток транзис­торов).