Зворотній зв'язок в підсилювачах. Види, призначення ОС. Багатоканальні місцеві зворотні зв'язки. Вплив негативного зворотного зв'язку на основні параметри і характеристики підсилювачів

сторінка 1

Види зворотного зв'язку в підсилювачах розрізняються за способом підключення чотириполюсника зворотного зв'язку до входу і виходу підсилювача.

Види зворотних зв'язків не обмежуються розглянутими.

Види зворотного зв'язку прийнято класифікувати за знаком коефіцієнта зворотного зв'язку. Зазвичай розрізняють чотири види зворотного зв'язку: позитивну, негативну, комплексно-позитивну і комплексно-негативну.

Види зворотного зв'язку поділяються за способом отримання напруги зворотного зв'язку і за способом подачі сигналу зворотного зв'язку на вхід підсилювача.

Види зворотних зв'язків, значення коефіцієнтів підсилювачів в системі управління вибираються виходячи з динамічних і точностних показників.

Які види зворотного зв'язку вибираються в регульованих електроприводах із застосуванням напівпровідників і дроселів насичення і чому.

Які види зворотного зв'язку застосовуються в підсилювачах.

Які види зворотного зв'язку застосовуються в автоматизованому ЕП.

Щоб підсилювальні каскади дозволили реалізувати необхідні високі технічні показники, практично у всіх сучасних електронних підсилювачах вводяться спеціальні ланцюги зворотного зв'язку (ОС). При ОС енергія сигналу передається в напрямку зворотному напрямку підсилюється сигналу (рис. 6.9), тобто від подальших ланцюгів в попередні (з вихідних ланцюгів підсилювача у вхідні).

Підсилювач з коефіцієнтом посилення K u, охоплений ланцюгом ОС з коефіцієнтом передачі β. Ланцюг ОС спільно з ланцюгом підсилювача, яку вона охоплює, утворює замкнутий контур, званий петлею ОС .

твір, добуток

в підсилювальної техніці називають петльовим посиленням або фактором ОС.

Зворотній зв'язоквпливає на такі показники підсилювачів (каскадів), як наскрізний коефіцієнт посилення, вхідний і вихідний опору, стабільність коефіцієнта посилення, АЧХ, коефіцієнт гармонік і рівень шуму і перешкод. Зворотній зв'язок змінює технічні показники тільки тієї частини підсилювача, яка охоплюється петлею ОС. Розрізняють однопетльовою зворотний зв'язок (див. Рис. 6.9) і многопетлевую (рис. 6.10).

Зворотній зв'язок, що охоплює лише один каскад підсилювача (ланцюга з β 1 і β 2), називають місцевої ОС, а ОС, що охоплює кілька каскадів (ланцюг з β) - загальної ОС (див. Рис. 6.10). В залежності від схемної реалізації підсилювача ОС може бути здійснена за постійним струмом, по змінному струмі, А також і по постійному і по змінному струмі.

В залежності від способу отримання сигналу U oc розрізняють ОС по току і напрузі :

· Якщо ланцюг ОС підключається до виходу підсилювача паралельно його навантаженні (R н), то напруга ОС (U ос) буде пропорційно напрузі на виході, таку ОС називають ОС по напрузі (Рис. 6.11, a);

· Якщо ж ланцюг ОС підключена до виходу підсилювача послідовно з його навантаженням, то напруга її буде пропорційно току в навантаженні (I н); таку ОС називають ОС по струму (Рис. 6.11, б).

Можлива комбінація цих способів підключення ланцюга ОС до виходу, в цьому випадку сигнал ОС пропорційний як напрузі, так і току вихідний ланцюга. Ця ОС називається комбінованої (Рис. 6.11, в).

За способом подачі сигналу ОС на вхід підсилювача розрізняють послідовну і паралельну ОС і змішану:

· Зворотний зв'язок називають послідовної , Якщо сигнал ОС діє у вхідному ланцюзі послідовно з вхідним сигналом (U вх), при цьому відбувається підсумовування вхідного напруги (U вх) і напруги ОС (рис. 6.12, а);

· Якщо ж ланцюг ОС підключається до входу паралельно джерелу сигналу, то ОС називають паралельної (Рис. 6.12, б). При цьому зв'язку відбувається підсумовування струмів I вх і ОС;

·

в змішаної схемою введення ОС з вхідним сигналом підсумовуються струм і напруга ланцюга ОС (рис. 6.12, б).

Зворотній зв'язок може бути позитивною або негативною. позитивна ОС (ПОС) виникає в тому випадку, коли напруга зворотного зв'язку (U ос) збігається по фазі з вхідною напругою (U вх). Якщо напруга зворотного зв'язку (U ос) протилежно по фазі вхідній напрузі (U вх), тобто вони зрушені відносно один одного на 180º, то ОС називається негативною (ООС). У підсилюючих пристроях в основному застосовується ООС.

І, нарешті, якщо коефіцієнт передачі зворотного зв'язку (β) в робочому діапазоні частот підсилення не залежить від частоти, то ОС називається частотно-незалежної . Якщо ж β є функцією частоти, то ОС називається частотно-залежною .

Найбільш поширеною в підсилювачах є послідовна негативна ОС по напрузі (рис. 6.13). Розглянемо вплив
цього виду ОС на характеристики і параметри підсилювача. Тут підсилювач з коефіцієнтом посилення

K = U вих / U вх

охоплений ОС з коефіцієнтом передачі

β = U ос / U вих,

де коефіцієнт β може приймати значення від 0 до +1 при позитивній ОС і від 0 до -1 при негативній ОС.

У загальному випадку напруга ОС визначається з виразу:

U ос = ± βU вих.

Коефіцієнт посилення підсилювача, охопленого ОС, дорівнює:

K ос = U вих / U вх.

Напруга U * вх, що надходить на вхід підсилювача, в загальному випадку є сумою напруг U вх і U ос:

U * вх = U вх + U ос.

Враховуючи що

U ос = ± βU вих,

U * вх = U вх + (± βU вих).

U вх = U * вх - (± βU вих).

Тоді коефіцієнт посилення підсилювача з ОС дорівнює:

K ос = U вих /.

Розділимо чисельник і знаменник останнього виразу на U * вх, отримаємо:

K ос = / [1 - (± βU вих / U * вх)],

U вих / U * вх = K.

Таким чином, вираз для коефіцієнта посилення підсилювача, охопленого ОС, набуває вигляду:

K ос = K /,

де (1 ± βK) - називають глибиною ОС . Знак перед фактором ОС βK збігається зі знаком самої ОС.

При позитивній ОС знаменник дробу зменшується:

K ос = K /,

а коефіцієнт посилення зростає. Значення петлевого посилення при цьому обмежується умовою:

При βK ≥ 1, званого умовою самозбудження , Підсилювач втрачає стійкість і не може розглядатися як підсилювач, так як вихідний сигнал перестає бути однозначно залежним від вхідного. Цей режим використовується в генераторах.

При негативній ОС знаменник зростає:

K ос = K /,

а коефіцієнт посилення падає.

Незважаючи на зменшення посилення, негативна ОС широко використовується в підсилювачах, так як при її введенні вдається поліпшити ряд інших параметрів.

Особливе значення для роботи підсилювача має стабільність коефіцієнта посилення . При роботі підсилювача його коефіцієнт підсилення не залишається постійним, а змінюється внаслідок різних дестабілізуючих факторів: старіння підсилюючих та інших елементів, зміни температури довкілля, Вологості, тиску, напруги джерела живлення і т.д.

Зміна коефіцієнта посилення оцінюється відносним зміною коефіцієнта посилення:

З урахуванням, що

,

.

Таким чином, відносна зміна коефіцієнта посилення підсилювача, охопленого негативним ОС, зменшується в (1 + βK) раз.

При βK >> 1 (при глибокій ОС)

Тобто коефіцієнт посилення схеми, охопленої глибоким негативним ОС, практично не залежить від коефіцієнта посилення власне підсилювача, а визначається тільки коефіцієнтом передачі ОС. Ланцюг ОС складається з пасивних елементів, резисторів, які можна виконати дуже стабільними. В результаті вдається створювати підсилювачі з дуже високою стабільністю підсилювача.

ПИТАННЯ №1

Зворотній зв'язок в підсилювачах

Лекція №5

Зворотній зв'язок - об'ємне поняття, яке присутнє не тільки в радіотехніці, але і в суспільстві, в освіті та інших сферах діяльності. Так, зворотний зв'язок можна охарактеризувати як процес, який з'єднує причину і наслідок, вихід і вхід. За допомогою зворотного зв'язку можливо контролювати перебіг будь-якого процесу, здійснювати взаємодію керуючого процесу з керованим. Наприклад, викладач передає курсантам знання, а щоб перевірити якість їх засвоєння необхідно забезпечить зворотний зв'язок, тобто вже курсанти показують свої досягнення викладачеві.

Визначення.Зворотним зв'язком в підсилювачі називається електрична зв'язок, при якій відбувається часткова передача енергії вихідного посиленого сигналу з вихідного ланцюга підсилювача в його вхідний ланцюг.

Причинами появи зворотного зв'язку (ОС) в підсилювачі є:

1. Фізичні властивостіпідсилюючих елементів (внутрішня ОС).

3. Схеми ланцюгів, спеціально вводяться в підсилювач (зовнішня ОС).

Отже, через різні причини виникнення зворотних зв'язків в підсилювачі розрізняють:

- внутрішню ОС,

- зовнішню ОС,

Для отримання зовнішньої ОС в підсилювачі створюють петлю зворотного зв'язку (рис.5.1). Петля зворотного зв'язку характеризується параметром β, званим коефіцієнтом передачі напруги U ОС ланцюга зворотного зв'язку

де U OC - напруга зворотного зв'язку,

U ВИХІД - напруга на вході підсилювача.

Петля зворотного зв'язку разом з частиною схеми підсилювача, до якої вона підключена, утворює замкнутий контур, називається ланцюгом зворотного зв'язку (β). В підсилювачах може застосовуватися одна чи кілька ланцюгів ОС. Якщо ланцюгом ОС в багатокаскадного підсилювачі охоплений один каскад, то вона називається місцевої ОС, а якщо все каскади, то такий ланцюг ОС буде спільною. У багатокаскадного підсилювачі поряд із загальною ОС можуть бути і кілька місцевих ланцюгів ОС.

U ВХ U ВИХІД Вхід Вихід

Вхід Вихід Вхід Вихід

Зворотній зв'язок- це вербальні і невербальні повідомлення, які людина навмисно або ненавмисно посилає у відповідь на повідомлення іншого.

Дії людини, в яких виявляється його здатність чути, саме в силу їх «реактивного» (тобто реагує на стимул) характеру створюють саму можливість зворотного зв'язку, а всі розглянуті вище фактори, що поліпшують цю здатність або перешкоджають їй, безпосередньо впливають на зміст зворотнього зв'язку .

Серед видів зворотного зв'язку виділяють оцінну і безоціночну зворотний зв'язок.

Оціночна зворотний зв'язок- повідомлення своєї думки, свого ставлення до того, про що йде мова.

Оцінки можуть бути позитивними ( «здорово це у тебе виходить») або негативними ( «ну що за нісенітниця ти несеш»). Позитивна оціночна зворотний зв'язок виконує функцію підтримки «Я-концепції» нашого партнера і сформованих з ним міжособистісних відносин.

Негативна оціночна зворотний зв'язок виконує коригувальну функцію, спрямовану на усунення небажаного поведінки, зміна чи внесення змін до наших відносин.

Структура оціночної зворотний зв'язок передбачає використання оборотів, які вказують на те, що мова йде про власній думці людини: «мені здається», «я думаю», «на мій погляд». Якщо такі обороти відсутні, а оцінка висловлена ​​цілком виразно і відкрито, то висловлювання набуває статичний характер, часто сприймається як грубість або хамство і викликає у співрозмовника психологічний захист. Через це відносини стають напруженими або навіть руйнуються їх. Порівняємо висловлювання:

«Мені здається, це не так»і «Яка дурість!»;

«По-моєму, ти була надто різкою»і «Ну ти і грубіянка»;

«Думаю, ти занадто залежиш від неї»і «Ганчірка».

Безоціночне зворотний зв'язок- вид зворотного зв'язку, який не містить нашого ставлення до обговорюваного питання. Ми використовуємо її, коли хочемо більше дізнатися про почуття людини або допомогти йому сформулювати думки з конкретного приводу, при цьому прямо не втручаючись в дії співрозмовника. Ці цілі досягаються за допомогою таких прийомів, як уточнення, перефразування, прояснення, емпатія. Обидва види зв'язку знаходять своє вираження як в нерефлексівному, так і в активному (рефлексивно) слуханні.

26. Контексти міжособистісної взаємодії

міжособистісна взаємодія інструментально-технологічна сторона спілкування; взаємні дії учасників спілкування, спрямовані на співвіднесення цілей кожної зі сторін і організацію їх досягнення в процесі спілкування.

Визначивши ситуацію, люди починають вибудовувати позиції, що дозволяють їм досягти своїх цілей в заданих обставинах. Співвідношення позицій, прибудова до позицій один одного або «перевірка їх на міцність» - ще один важливий структурний аспект міжособистісного взаємодії, який може бути проаналізований в просторових термінах. Можна стверджувати, що умовою міжособистісної взаємодії є формування простору такої взаємодії. Як це відбувається, буде розглянуто у другому параграфі даної глави.

Рівні взаємодії припускають відповідні процедури (або механізми) його реалізації, інакше кажучи, володіння «сценаріями» поведінки в певній ситуації. Яка їхня природа і чим вони відрізняються один від одного - цим питанням присвячено третій параграф даної глави.

Якщо ми хочемо зрозуміти сенс і зміст взаємодії між людьми, нам потрібне знання контексту того, що відбувається. Розглянути поведінку людини в певному контексті означає помістити його в такі рамки, в яких воно набуває більш-менш однозначний сенс. Відсутність таких рамок збиває людину з пантелику, не дозволяє йому зорієнтуватися в ситуації. Між людьми нерідко виникають діалоги наступного роду:

«Ну нарешті-то ви з'явилися.– А що, власне, сталося? »або

«Як вам таке могло прийти в голову ?! - А що ви маєте на увазі? »і т.п.

Подібні приклади ілюструють пошук одним зі співрозмовників контексту, який дозволив би йому вибрати лінію подальшої поведінки.

Звернення до контексту виконує щонайменше дві задачі в міжособистісній взаємодії. Для спостерігача - це умова пояснення того, що відбувається між людьми, чому саме так, а не інакше спілкуються індивіди; для дійової особи - це можливість формування власного ставлення до подій, вибору способів поведінки, адекватних певній ситуації, тобто можливість співвіднесення дії і ситуації.

лекція 5

Зворотній зв'язок і її призначення в підсилюючих пристроях

1. Поняття зворотного зв'язку і її призначення в підсилюючих пристроях

Зворотною називається зв'язок, при якій відбувається передача сигналу (напруги, струму) з вихідний ланцюга підсилювача до вхідної. У підсилюючих пристроях зворотний зв'язок використовується для зменшення спотворень і підвищення стабільності посилення і режиму роботи підсилювального елемента. Як видно з малюнка в вузлі 1 складаються сигнали, що надходять від джерела сигналу і з виходу підсилювача. Якщо фази цих сигналів збігаються, то загальна амплітуда зростає в порівнянні з амплітудою як у вузлі 1, так і в вузлі 2, а такий вид зворотного зв'язку називається позитивним.

Зворотній зв'язок називається частотно-незалежної, якщо опір або коефіцієнт передачі напруги або струму ланцюга зворотного зв'язку не залежить від частоти. Під місцевою ОС розуміють ОС охоплює один каскад підсилювача, а під загальною - ОС охоплює весь підсилювач або кілька каскадів. За способом передачі струму або напруги з виходу на вхід існує 4 види зворотного зв'язку.

1. Основні параметри, що характеризують зворотний зв'язок

U 0 ,I 0 - напруга і струм на вході підсилювача без урахування ОС;

U 1 ,I 1 - напруга і струм на вході підсилювача з урахуванням ОС;

U 2 ,I 2 - напруга і струм на виході підсилювача;

U oc, I oc - напруга і струм зворотного зв'язку.

Коефіцієнт передачі без зворотного зв'язку

.

Коефіцієнт зворотного зв'язку

,

.

петлеве посилення

,

.

Фактор зворотного зв'язку

,

.

Фактор зворотного зв'язку при розімкнутому ланцюзі в навантаженні

.

Фактор зворотного зв'язку при розімкнутому ланцюзі джерела сигналу

.

1. Послідовна ОС по струму

Цей вид ОС є найпоширенішим видом. При цьому виді зв'язку чотириполюсники Kі включаються поверхово. Інакше цей тип ОС називається ОС Z-типу.

,

,

за умови, що

,

,

.

ОС має максимальну ефективність, і підключення ланцюга ОС не впливає на умови роботи.

;

;

;

;

або, що те ж саме

;

;

;

;

.

У резистивном каскаді послідовна ООС по току здійснюється ланцюжком Rе, Зе в каскаді на біполярному транзисторі, або Rн, Зн в каскаді на польовому транзисторі. При цьому принципова схемане відрізняється від схеми звичайного резистивного каскаду, за винятком того, що ємність Зе або Зн вибирається таким чином, щоб надати каскаду необхідні властивості. Yе = Gе + pCе; Зе вибирається невеликим таким, щоб на низьких і середніх частотах він не шунтував Rе. Отже, на низьких і середніх частотах в каскаді діє активна ОС по струму, що зменшує посилення. на високих частотахпозначається шунтуючі дію конденсатора, що призводить до зменшення глибини ОС, що в свою чергу дещо компенсує спад посилення на високих частотах і розширює смугу пропускання каскаду. Тому ланцюжок Rе, Зе здійснює корекцію частотних характеристик в області ВЧ.

1. Послідовна ОС по напрузі

При такій ОС чотириполюсники K і Kос з'єднуються поверхово паралельно. Цей зворотний зв'язок називається зворотним зв'язком h-типу.

,

,

за умови, що

,

,

.

ОС має максимальну ефективність і підключення ланцюга ОС не впливає на умови роботи, далі аналогічно, як при ОС z-типу.

,

,

,

,

.

З даних співвідношень очевидно, що послідовна ОС по напрузі зменшує вихідний опір, коефіцієнт посилення по напрузі і наскрізний коефіцієнт посилення, зберігає незмінним коефіцієнт посилення по току і збільшує вхідний опір.

1. Паралельна ОС по струму

При даному виді зворотного зв'язку чотириполюсники прямий і зворотній передачі з'єднуються паралельно-поверховому. Така ОС називається зворотним зв'язком f-типу.

,

,

,

,

,

,

,

.

З розглянутих співвідношень видно, що паралельна зворотний зв'язок по току зменшує вхідний опір, коефіцієнт посилення по току і наскрізний коефіцієнт посилення, збільшує вихідний опір, зберігає незмінним коефіцієнт посилення по напрузі.

1. Паралельна зворотний зв'язок по напрузі

Для даного виду зворотного зв'язку, як і в попередніх прикладах, можна визначити схемні функції.

,

,

,

,

.

1. Багатоканальні місцеві зворотні зв'язки

На рис. 6. показані багатоканальні місцеві зворотні зв'язки: а- послідовна, б- паралельна.

1. Вплив зворотного зв'язку на характеристики підсилювача

Амплітудна характеристика являє залежність амплітуди вихідної напруги від амплітуди вхідної напруги. При ООС по напрузі послідовного виду, що діють на входах і виходах підсилювача і ланцюга ОС, можна записати:

Uвх = U 1 +Uос

Uвих = f(U 1) – амплітудна характеристикаланцюга без ОС,

U oc =

Uвих - амплітудна характеристика ланцюга ОС лінійна, якщо ланцюг ОС складається тільки з пасивних елементів.

Uвих = f(Uвх) - амплітудна характеристика підсилювача з ОС.

Співвідношення дозволяє графічно знайти амплитудную характеристику підсилювача з ОС по амплітудної характеристиці підсилювача без ОС. Для цього на одному графіку, представленому на рис. 7, будуються амплітудні характеристики підсилювача без ОС (суцільна лінія) і ланцюги з ОС (пунктирна лінія). Потім задаються значеннями U oc =

Uвих і знаходять відповідні значення Uвх = U 1 +Uос.

Повторюючи цю процедуру багато разів, по точкам отримуємо шукану амплитудную характеристику підсилювача з ОС. Як видно з малюнка, амплітудна характеристика підсилювача з ОС виходить підсумовуванням лінійної характеристики ланцюга ОС з нелінійної характеристикою підсилювача без ОС. Сумарна характеристика має істотно більшу лінійність. Це дозволяє при тих же значеннях вихідної напруги забезпечити менший рівень нелінійних спотворень.

Наближену кількісну оцінку впливу ос на нелінійні спотворення можна знайти в припущенні, що сам підсилювач лине, а нелінійні спотворення обумовлені дією зовнішнього джерела гармонік, амплітуда яких визначається тільки рівнем вихідної напруги. В цьому випадку нелінійні спотворення зменшуються зворотним зв'язком у стільки разів, у скільки разів падає при введенні ОС посилення пристрої:

Наближеність такого розгляду полягає в тому, що до уваги береться вторинне спотворення сигналу гармонік при проходженні по контуру ОС.

Такі ж висновки можна зробити про вплив ОС на будь-яке джерело шумів, фону І.Д. Якщо джерело знаходиться в ланцюзі підсилювача, охопленого ООС, то ефект від його дії на виході підсилювача зменшується в

раз.

Залежність коефіцієнта посилення і фазового зсуву від частоти обумовлена ​​наявністю в підсилювачі реактивних елементів. Застосування ОС сприяє розширенню смуги пропускання частот і зниження частотних спотворень в межах цієї смуги.

Розширення смуги рівномірного посилення сприяє зменшенню фазового зсуву і перехідних спотворень.

За допомогою ОС вдається в значній мірі знизити внутрішні перешкоди на виході підсилювача. Припустимо, що джерело ЕРС розташований де-небудь в середній частині схеми підсилювача, і що коефіцієнти посилення від входу і до цієї ЕРС, і від цієї ЕРС до виходу підсилювача рівні відповідно K 1 еі K 2, причому K е =K 1 е K 2. Підсилювач підсилює ЕРС перешкоди в K 2 раз, а коефіцієнт передачі по ланцюгу ОС дорівнює

, При цьому ще одне відношення виявляється таким же, як і для ЕРС на вході, тобто .. Отже, напруга перешкоди на виході послаблюється в колі зворотного зв'язку так само, як і сигнал, тобто в число разів, рівна її глибині. Оскільки ОС послаблює в рівній мірі і сигнал, і перешкоду, то відношення сигнал / шум при діючій ОС залишається колишнім. Але якщо при введенні ОС з глибиною Fодночасно підвищити амплітуду сигналу на вході, то відношення сигнал / шум при цьому підвищиться в Fраз. Однак ставлення сигнал / шум такого виду, як тепловий шум джерела, сигнали або шуми у вхідному ланцюзі підсилювача, не вдається підвищити, застосовуючи ОС. Введення ОС дозволяє зменшити нелінійні спотворення, що виникають в підсилювачі. Фізично це залежить від того, що сторонні складові вихідної напруги або струму - гармоніки і комбінаційні частоти - по ланцюгу ОС потрапляють на вхід підсилювача і знову потрапляють на вихід, але вже в протифазі. При невеликих вихідних коефіцієнтах гармонік підсилювач допустимо вважати лінійним, і тоді гармоніки і комбінаційні частоти змінюються так само, як і внутрішні перешкоди при збереженні одного і того ж значення сигналу на виході. Це означає, що при одному і тому ж значенні сигналу на виході при відсутності і дії ОС коефіцієнт гармонік виявиться менше в число раз рівне глибині ОС. У практичних схемах часто зустрічається не один вид зворотного зв'язку, а комбінації різних видів. Зворотними зв'язками можуть охоплюватися як окремі каскади, так і групи каскадів і підсилювач в цілому. Застосування зворотних зв'язків може привести в деяких випадках до самозбудження підсилювача, що є небажаним явищем, тому особливої ​​актуальності мають питання забезпечення стійкості при охопленні підсилювачів зворотним зв'язком. Для аналізу стійкості підсилювачів зі зворотним зв'язком застосовують або алгебраїчні, або частотні критерії стійкості. На практиці найбільш широко використовується частотний критерій Найквіста, що дозволяє проводити експериментальну перевірку стійкості підсилювача.