Обратные связи в усилителях

Конструирование различных электронных устройств на основе ОУ производится с использованием обратных связей. Обратной связью (ОС) называется передача части энергии выходного сигнала усилителя на его вход (см. рис. 2.20).

Рис.2.20. Усилитель с обратными связями	Рис. 2.21. Операционный усилитель отрицательной ОС

 

Из выходной цепи во входную блок-схемы рис.2.20 энергия передается через электрическую цепь обратной связи с коэффициентом передачи , где K₀ – коэффициент усиления усилителя без обратной связи. Обратная связь называется положительной, если передаваемый ею с выхода на вход сигнал U_ос совпадает по фазе и складывается с входным сигналом U_вх (на рис.2.20 положительная обратная связь обозначена b₊). Обратная связь называется отрицательной, если сигнал обратной связи U_ос находится в противофазе и вычитается с входным сигналом U_вх (на рис.2.20 отрицательная обратная связь обозначена b_-). Коэффициент усиления усилителя К_b+ с положительной ОС определяется выражением , при отрицательной ОС - . Применение отрицательной ОС в усилителях существенно улучшает их параметры: повышает стабильность коэффициента усиления, увеличивает входное и уменьшает выходное сопротивление, расширяется полоса пропускания. Поэтому отрицательная ОС широко применяется для конструирования новых усилительных устройств. Положительная ОС воздействует на параметры усилителей противоположным образом, т. е. увеличивает нестабильность коэффициента усиления и может привести к самовозбуждению усилителя, т. е. переходу его в режим генератора электрических сигналов. Поэтому положительная ОС в усилительных устройствах практически не используется, а используется в генераторах.

 

Операционный усилитель

Операционный усилитель с отрицательной обратной связью наиболее часто применяется на практике (см. рис.2.21). Отрицательный характер ОС обусловлен подачей U₁ на инвертирующий вход ОУ, так что U_вых = - K₀U₁. Отрицательная обратная связь осуществляется через сопротивления и .

Т. к. входное сопротивление ОУ больше (принимает ), то входной ток ОУ I_оу=0 и выполняется I_вх=I_ос, откуда: .

При большом коэффициенте усиления ОУ (К₀® ) напряжение на входе ОУ и поэтому откуда (1)

Инвертирующий усилитель (инвертатор). При и выражение (1) примет вид (U_вых = - U_вх), схема принимает вид инвертирующего повторителя напряжения.

Масштабный усилитель. При и выражение (1) примет вид , а усилитель выполняет роль масштабного инвертирующего

усилителя: U_вых = - К_b-U_вх.

а б с

Рис. 2.22. Усилители: а – суммирующий, б – интегрирующий, в - дифференцирующий

Суммирующий усилитель (сумматор). Если на вход ОУ подается несколько входных напряжений U_вх1, U_вх2, U_вх3, а R₁ = R₂ (рис.2.22а), то выражение (1) примет вид . Усилитель выполняет роль сумматора, т. к.

U_вых = -(U_вх1 + U_вх2 + U_вх3). Интегрирующий усилитель. При и получается интегрирующий усилитель (рис.2.20б), у которого коэффициент усиления , что

соответствует операции интегрирования в комплексной форме записи, где

t=CR₁ – постоянная

интегрирования, задающая

масштаб интегрирования по

времени. Соответственно

в временной форме записи имеем

.

Дифференцирующий усилитель. При и получается дифференцирующий усилитель (см. рис.2.22в), у которого коэффициент усиления: ,

 

что соответствует операции дифференцирования входного сигнала в комплексной форме записи, где t=CR₂ постоянная времени дифференцирования Соответственно во временной форме записи имеем

Избирательный усилитель

 

Рассмотренные выше схемы усилителей предназначены для усиления входных сигналов в широкой полосе частот.

Рис.2.23. Схема избирательного усилителя с Т-мостом	Рис.2.24. АЧХ Т-моста

 

На практике в системах связи и радиопередачи, во многих системах автоматического контроля и управления необходимо усиливать полезный сигналодной частоты ƒ₀, так чтобы сигналы других частот не усиливались. Такую задачу решает избирательный усилитель, представляющий собой, например, ОУ, охваченный частотно-зависимой отрицательной обратной связью в виде двойного Т-образного моста (рис.2.23). Амплитудно-частотная характеристика Т-образного моста приведена на рис.2.24. На низких частотах ƒ®0 коэффициент передачи моста b®1, т. к. сопротивление Х_с конденсаторов становится большим и все напряжение U_вых через «верхний» одинарный мост R, 2C, R передается на вход ОУ в виде напряжения обратной связи U_ос. На высоких частотах ƒ® ,b®1 вследствие того, что сопротивления конденсаторов Х_с =1/2pfC становятся небольшими, и все выходное напряжение через «нижний» одинарный Т-мост С, R/2, С передается на вход ОУ. На резонансной частоте ƒ₀ =1/2pRC коэффициент передачи моста b ®0.

Коэффициент усиления К_{β_} с двойным Т-мостом в цепи отрицательной обратной связи известен К_{β_} =

Анализ этого выражения показывает, что на низких ƒ ® 0 и высоких ƒ ® частотах при b_{_} ®1 К_{β_} = ≈ 1, а на резонансной частоте ƒ₀ (при b_{_} = 0)

К_{β_} = К₀ >> 1.

Амплитудно-частотная характеристика К_{β_} =F(ƒ) избирательного усилителя с Т-мостом в цепи обратной связи приведена на рис.2.25. Она построена с учетом выражения для К_{β_} и амплитудно-частотной характеристики Т-моста. Нужная величина К₀ обеспечивается правильным выбором номиналов резисторов R₂ и R₁ так, что К₀= R₂ / R_1.

 

Рис.2.25. АЧХ избирательного усилителя с Т-мостом	Рис. 2.26. Блок-схема генератора

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: