Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 9

              Таким образом, параллельная по входу и выходу устройства ООС уменьшает коэффициент передачи тока, входное и выходное сопротивления, а коэффициент передачи напряжения остается неизменным.

              Рассмотрим устройство с последовательной по входу и выходу ОС, структурная схема которого показана на рис. 12.8.

              При коротком замыкании входных зажимов 1 — 1 коэффициент петлевой передачи T₁₀(jω)   = ± К_у (jω) К_ос (jω)  достигает максималь­ного значения, так как все напряжение Ů_ocприкладывается к входу усилительного звена. В этом случае при ООС согласно (12.4) коэф­фициент передачи напряжения К (jω)  снижается. Если коэффициент петлевой передачи находится в диапазоне 0 < T₁₀(jω)   < 1, то в цепи действует ПОС и коэффициент передачи напряжения К (jω)  резко возрастает, что приводит к самовозбуждению устройства и возникновению незатухающих колебаний.

              При коротком замыкании на зажимах 4 — 4 (на выходе) коэф­фициент петлевой передачи T₂₀(jω)   достигает максимального зна­чения, а при холостом ходе T_2∞(jω)  = 0. Это приводит к резкому росту выходного сопротивления Z_вых устройства. Увеличение вы­ходного сопротивления, как правило, нежелательно, поэтому последовательная ОС по выходу редко используется.

              В устройствах с параллельной по входу и последовательной по выходу (см. рис. 12.4, в) или последовательной по входу и парал­лельной по выходу (см. рис. 12.4, г) обратными связями относительно входных и выходных зажимов достигаются те же характе­ристики, что и для ОС, рассмотренных ранее, при выполнении условий параллельности или последовательности относительно тех или иных зажимов.

             6а    6б

Рис. 12.8. Структурная схема устройства с последовательной по входу и выходу ОС

Рис. 12.9. Модель инвертирующего усилителя с цепью ООС

               Пример 12.1. На рис. 12.9 приведена модель инвертирующего усилителя с ООС (входное и выходное напряжения усилителя сдвинуты на 180°) с обратной связью. Коэффициент усиления усилительного звена К₂₃ без об­ратной связи равен 20, R₁= 1 кОм, R₂= 3 кОм, R_вх = 2 кОм, R_вых = 1 кОм, R_н= 0,5 кОм. Необходимо рассчитать коэффициент усиления для усилите­ля, охваченного цепью ООС.

              Решение. Для вычисления коэффициента усиления усилителя, ох­ваченного цепью ООС, используем выражение (12.4). При этом будем считать, что усилитель работает в частотном диапазоне, когда частота не оказывает существенного влияния на его параметры. В этом случае коэф­фициент усиления можно рассматривать как действительную величину, и, соответственно, он будет иметь вид

                                                               К=К_у/(1+Т₁₀).                                            (12.8)

               Для вычисления коэффициента усиления напряжения необходимо найти коэффициент петлевой передачи Т₁₀ при коротком замыкании на входе устройства, а также коэффициент усиления усилительного тракта К_р с разорванной цепью обратной связи. На рис. 12.10 показан усилитель с разорванной цепью ОС.

Рис. 12.10. Усилитель с разорванной цепью ОС

               Разрыв цепи ОС при определении коэффициента петлевой передачи предполагает сохранение в точке разрыва баланса напряжений и токов, как и при замкнутой цепи ОС. Для достижения этого в схеме, представлен­ной на рис. 12.10, введены сопротивления R_вых._у и R_вх._oc. Сопротивление R_вх._oc характеризует входное сопротивление цепи ОС относительно точки А при коротком замыкании на входе усилителя. Сопротивление R_вых._у харак­теризует выходное сопротивление устройства относительно точки Б. Тогда

и

              При разорванной петле обратной связи формула для расчета коэф­фициента передачи усилителя принимает вид К₁₄= К₁₂ К₂₃ К₃₄, где К₂₃ — коэффициент усиления основного звена.

              Рассчитаем коэффициент передачи от узла подключения источника сигнала к входу основного усилительного звена

и коэффициент передачи с выхода основного усилительного звена к на­грузке

             Тогда K₁₄= 0,7 ·20 ·0,3 =42.

             Коэффициент петлевой передачи T₁₀ определяется при условии ко­роткого замыкания на входе усилителя (зажимы 1 — 1 закорочены). При этом испытательный сигнал прикладывается к узлу А, а отклик рассмат­ривается относительно узла Б (см. рис. 12.10). В этом случае можно записать:Т₁₀=U_Б /U_А=К_А2К₂₃К_3Б.

             Для нахождения коэффициента петлевой передачи T₁₀вычислим ко­эффициенты передачи:

и К_3Б= К₃₄= 0,3. С учетом того, что К₂₃ = 20, находим Т₁₀ = 0,18·20·0,3 = 1,08.

               Подставляя полученные данные в (12.8), вычислим значение коэф­фициента усиления усилителя К= 4,2/(1 + 1,08) ≈ 2, охваченного цепью ООС.

               Таким образом, введение цепи ООС в усилительное устрой­ство приводит почти к десятикратному уменьшению коэффици­ента усиления. Однако введение петли ООС позволяет улучшить ряд других параметров усилительного устройства, например по­высить линейность АЧХ.

              Введение ООС в соответствии с рис. 12.4, г (см. пример 12.1) позволяет увеличить входное и уменьшить выходное сопротивле­ния усилительного устройства. Как правило, это является благо­приятным, поскольку снижается нагрузка на источник сигнала, и наиболее полно можно передать сигнал с выхода усилительного устройства в нагрузку.

12.4. Влияние ООС на параметры усилителя.

Устойчивость электронных устройств с ООС

               Введение ООС приводит к улучшению ряда параметров усили­тельных устройств. Например, можно повысить стабильность ко­эффициента усиления, расширить диапазон усиливаемых частот, в котором АЧХ имеет линейный вид, увеличить или уменьшить входное или выходное сопротивления и т.д.

              Рассмотрим зависимость стабильности коэффициента усиле­ния усилителя от параметров цепи ОС. Для этого выражение (12.8) преобразуем к виду

                                                                                     (12.9)

где F= 1 + К_уК_ос — глубина обратной связи.