• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тема. Призначення та види зворотного зв’язку

Лекція №11

План

1 Поняття зворотного зв’язку

2 Структурні схеми підсилювачів із зворотним зв’язком

3 Позитивний та негативний зворотний зв’язок

Зворотним зв'язкомназивають такий електричний зв'язок між каскадами підсилювача, при якому частина енергії підсиленого сигналу з виходу підсилювача подається знову на його вхід. Зворотний зв'язок може бути корисним, якщо він виникає в результаті застосування спеціальних схем і поліпшує властивості підсилювача, або паразитним, якщо він виникає внаслідок небажаного впливу різних кіл одне на одне.

На рис. 216 показано різні способи підімкнення кола зворотного зв'язку до вхідного і вихідного кіл підсилювача. Елемент схеми, позначений буквою β, є елементом зворотного зв'язку, завдяки якому частина напруги з виходу підсилювача попадає знову на його вхід. Якщо коло зворотного зв'язку підмикається до виходу підсилювача паралельно його навантаженню R_H, то напруга зворотного зв'язку U_β буде прямо пропорційною напрузі на виході; такий зв'язок називають зворотним зв'язком за напругою (рис. 216, а і г).

Якщо коло зворотного зв'язку підімкнено до виходу підсилювача послідовно з його навантаженням, то напруга U_p буде прямо пропорційною струму в навантаженні R_H; такий зворотний зв'язок називають зворотним зв’язком за струмом (рис. 216, б). Можлива комбінація цих способів підімкнення кола зворотного зв'язку до виходу, при якій напруга U_p. складається з двох складових, пропорційних вихідній напрузі й струму; такий зворотний зв'язок називають змішаним (рис. 216, в). Якщо коло зворотного зв'язку підмикається до входу підсилювача послідовно з джерелом вхідного сигналу, то зворотний зв'язок, називають послідовним (рис. 216, а, б, б). Якщо коло зворотного зв'язку підмикається до входу паралельно джерелу сигналу, то зворотний зв'язок називають паралельним.

Зворотний зв'язок може бути позитивним або негативним. Позитивний зворотний зв'язок виникає тоді, коли напруга зворотного зв'язку U_β збігається за фазою з вхідною напругою U_BX.

Негативним зворотним зв'язком називають такий зв'язок між виходом і входом, коли напруга зворотного зв'язку U_β протилежна за фазою вхідній напрузі U_BX, тобто ці напруги зсунені між собою за фазою на 180°. Найпоширенішим у підсилювачах є послідовний негативний зворотний зв'язок за напругою.

Розглянемо, як впливає на основні показники підсилювача цей вид зворотного зв'язку.

Коефіцієнт підсилення підсилювача з негативним зворотним зв'язком.

Для виведення формули коефіцієнта підсилення підсилювача, охопленого зворотним зв'язком, скористуємося блок-схемою, наведеною на рис. 216, а. У цій схемі підсилювач з коефіцієнтом підсилення К = охоплено зворотним зв'язком, який здійснюється з допомогою спеціального кола. Відношення напруги зворотного зв'язку U_β, що надходить через коло зворотного зв'язку на вхід підсилювача, до напруги на виході U_вих називають коефіцієнтом передачі кола зворотного зв'язку, тобто

Коефіцієнт β може мати значення від 0 до +1 при позитивному і від 0 до — 1 при негативному зворотному зв'язку. В міру підвищення числового значення р зворотний зв'язок посилюється, стає глибшим. Отже, напруга зворотного зв'язку загалом визначається виразом

Коефіцієнт підсилення підсилювача, охопленого колом зворотного зв'язку, можна виразити відношенням вихідної напруги на навантаженні U_вих до напруги зовнішнього джерела U_BX:

Напруга U^/_вих прикладена до ділянки сітка — катод першої лампи підсилювача, в загальному випадку є сумою напруг U_BX і U_β.

Беручи до уваги вираз (19-2) для U_β, дістанемо

звідси

Підставивши значення U_BX у формулу (19-3), матимемо

Поділимо чисельник і знаменник на U^/_вх . Тоді

Остаточний вираз для коефіцієнта підсилення підсилювача із зворотним зв'язком набуває вигляду

Добуток ± βК називають фактором зворотного зв'язку; знак при ньому збігається із знаком самого зворотного зв'язку. При позитивному зворотному зв'язку знаменник дробу зменшується, а коефіцієнт підсилення зростає у (1 — βК) разів. При негативному зворотному зв'язку знаменник зростає, а коефіцієнт-підсилення К_зв знижується в (1 + βК) разів. Часто при розрахунку підсилювача величину 1 + βК позначають буквою А:

і приймають А — 2 — 3.

Слід відмітити, що програш у підсиленні, який є при негативному зворотному зв'язку, компенсується значним якісним виграшем, оскільки при використанні такого зв'язку можна досягти різкого зниження всіх видів спотворень підсилюваного сигналу і підвищити стабільність підсилення при змінах анодної напруги і величини опору анодного навантаженя.

Нелінійні спотворення в підсилювачах з негативним зворотним зв'язком. Розглянемо вплив негативного зворотного зв'язку на нелінійні спотворення і перешкоди, що вносяться підсилювальним каскадом. Припустімо, що при вхідній напрузі U_BX підсилювальний каскад без зворотного зв'язку дає на виході, крім напруги Uвих такої самої форми, як вхідна, ще напругу спотворень або перешкод U_п. При охопленні каскаду негативним зворотним зв'язком на його вхід, крім напруги сигналу, подаватиметься з виходу напруга спотворень або перешкод. При незмінному значенні напруги, що надходить на вхід каскаду, зворотний зв'язок практично не дає зменшення коефіцієнта нелінійних спотворень, бо він змінює приблизно однаково гармоніки, зовнішні перешкоди і корисний сигнал. Проте напругу корисного сигналу на вході каскаду можна довести до попереднього рівня підвищенням коефіцієнта підсилення попереднього каскаду. Внаслідок цього рівень корисного сигналу на виході каскаду підвищується, а всі напруги, що заважають, (вони виникають тільки в каскаді, охопленому зворотним зв'язком), зменшуються. Це призводить до зменшення рівня перешкод і нелінійних спотворень. Справді, з уведенням негативного зворотного зв'язку на виході каскаду виникає нова напруга спотворень або перешкод U_п.зв, яка дорівнює різниці напруги U_п, що вноситься підсилювальним каскадом, і напруги U_{п. зв} , яка проходить через коло зворотного зв'язку і підсилювач, а отже, помноженої на βК,

Розв'язуючи рівняння (19-7) відносно U_п.зв, дістанемо

Отже, негативний зворотний зв'язок зменшує спотворення і перешкоди, які вносить підсилювальний каскад, в А ~(1 + βК) разів. Формула (19-8) справедлива для будь-якої гармонійної складової, а тому справедлива і для коефіцієнта нелінійних спотворень. Тому кількісно зменшення коефіцієнта нелінійних спотворень при наявності негативного зворотного зв'язку визначаються виразом

де К_{г. зв} — коефіцієнт нелінійних спотворень підсилювача з негативним зворотним зв'язком;

К_г — його значення без зворотного зв'язку.

Враховуючи, що β =, а К = , формулу (19-9) можна зобразити як

Залежно від допустимого рівня нелінійних спотворень негативним зворотним зв'язком охоплюють один або кілька каскадів підсилювача. Найбільшу величину нелінійних спотворень звичайно створює вихідний каскад підсилювача, оскільки він працює при великих амплітудах вхідного сигналу. Тому негативний зворотний зв'язок найчастіше використовують у потужних підсилювачах, які працюють у режимах В₁ і В₂. Для розрахунку величини напруги зворотного зв'язку, що забезпечує заданий коефіцієнт нелінійних спотворень каскаду, часто застосовують формулу (19-10). Припустімо, наприклад, що для забезпечення заданої вихідної потужності на вхід каскаду потужного підсилення подається напруга U^/_вх= 10 в і при цьому коефіцієнт нелінійних спотворень К_г = 8%. Допустиме значення коефіцієнта нелінійних спотворень для цього каскаду К_{г. Доп} = 2%. У цьому разі в каскад треба увести негативний зворотний зв'язок з напругою

Отже, щоб забезпечити задану вихідну потужність, на вхід каскаду із зворотним зв'язком доведеться подати напругу сигналу вже не 10 в, a U_BX = 40 б, яку і має віддавати попередній підсилювач. Ще раз зазначимо, що негативний зворотний зв'язок може зменшити нелінійні спотворення і перешкоди, що виникають тільки в тій частині підсилювача, яка охоплена негативним зворотним зв'язком. Перешкод, що виникають на вході підсилювача, зворотним зв'язком зменшити не можна, оскільки введення зворотного зв'язку зменшує підсилення в А = 1 + βК разів, тобто в стільки разів, у скільки знижуються і перешкоди. Тому відношення корисного вхідного сигналу до перешкод на вході не змінюється.

Вплив негативного зворотного зв'язку на частотну характеристику підсилювача. Уведення негативного зворотного зв'язку дає змогу дістати більш рівномірну частотну характеристику підсилювача. У цьому легко переконатися. Припустімо, у підсилювачі коефіцієнт частотних спотворень М_н = > 1, тобто підсилення на нижчих частотах К_н менше, ніж на середніх К_ср. При негативному зворотному зв'язку

де К_ср. _зв і К_{н. зв} — коефіцієнти підсилення відповідно на середніх і низьких частотах при уведенні в підсилювач зворотного зв'язку.

або

Оскільки К_н.< К_ср , то відношення <1. Отже,

Вважаючи, що зворотний зв'язок досить глибокий (βК >>1), і нехтуючи одиницею порівняно з βК_н і βК_ср у виразі (19-11), матимемо М_{н. зв} ≈ 1, тобто частотні спотворення в підсилювачі з глибоким негативним зворотним зв'язком значно зменшуються.

Згладження частотної характеристики при застосуванні негативного зворотного зв'язку можна пояснити так. Рівень напруги, що подається з виходу підсилювача на вхід, відповідно до частотної характеристики підсилювача неоднаковий на різних частотах. Отже, дія зворотного зв'язку також буде різною. В області частот, де характеристика має підйом, зворотний зв'язок більше ослаблює підсилення, ніж на частотах, де спостерігається спад частотної характеристики. Отже, нерівномірність частотної характеристики згладжується (рис. 217). Все це справедливо тільки при активному зворотному зв'язку, якщо |3 не залежить від частоти. Застосовуючи в колі зворотного зв'язку реактивні елементи, тобто роблячи коефіцієнт (і залежним від частоти, можна дістати частотну характеристику

підсилювача будь-якої форми, залежно від схеми. Цим часто користуються для корекції частотних спотворень, які виникають у каскадах підсилення, не охоплених зворотним зв'язком. Вплив негативного зворотного зв'язку на стабільність коефіцієнта підсилення. При роботі підсилювача його коефіцієнт підсилення змінюється внаслідок різних причин. Основні з них такі: несталість напруги джерел живлення, температури, тиску або вологості навколишнього середовища, старіння підсилювальних елементів і деталей кіл міжкаскадного зв'язку. Розглянемо, як впливатиме негативний зворотний зв'язок на зміну коефіцієнта підсилення на такому прикладі.

Припустімо, що підсилювальний каскад з коефіцієнтом підсилення К = 80 охоплено негативним зворотним зв'язком, причому коефіцієнт передачі кола негативного зворотного зв'язку р = 0,2. Відповідно до формули (19-5) коефіцієнт підсилення каскаду із зворотним зв'язком становить

Припустімо далі, що коефіцієнт підсилення К змінився (під­вищився) на 10%. Тоді коефіцієнт підсилення каскаду із зворот­ним зв'язком становитиме

Отже, при застосуванні зворотного зв’язку коефіцієнт підсилення каскаду змінився менше ніж на 1%. Стабілізація коефіцієнта підсилення при уведенні негативного зворотного зв'язку пояснюється так. Якщо внаслідок яких-небудь причин підсилення змінилося на величину ΔК, то напруга зворотного зв'язку зміниться на відповідну величину ΔU_β, причому, якщо підсилення зросло, то зростає напруга зворотного зв'язку, що веде до зменшення вхідної напруги; коли підсилення спадає, то зменшується напруга зворотного зв'язку, що зумовлює підвищення вхідної напруги. Отже, негативний зворотний зв'язок перешкоджає будь-яким змінам величини коефіцієнта підсилення.

Лекція №12.

Читайте також:

1. Аварійно-рятувальні підрозділи Оперативно-рятувальної служби цивільного захисту, їх призначення і склад.
2. Автоматизація процесу призначення IP-адрес
3. Агроценоз як система.
4. Аналіз службового призначення деталей та конструктивних елементів обладнання харчових виробництві, визначення технічних вимог і норм точності при їх виготовленні
5. Банківська система.
6. Бізнес-планування, його суть та призначення
7. Будівельні домкрати, їх призначення, класифікація та конструкція.
8. Будівельні лебідки, їх призначення, класифікація та конструкція.
9. Будівельні підйомники, їх призначення, класифікація та конструкція.
10. Бурові долота спеціального призначення
11. Бурові установки для буріння стволів, їх призначення і класифікація.
12. Бюджет і бюджетна система.

Переглядів: 6017