темах управления обратная связь используется для сравнения выходного сигнала с заданным значением и выполне
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Введение
Понятие "обратная связь" (ОС) относится к числу распространенных, оно давно вышло за рамки узкой области техники и употребляется сейчас в широком смысле. В системах управления обратная связь используется для сравнения выходного сигнала с заданным значением и выполнения соответствующей коррекции. В качестве "системы" может выступать что угодно, например процесс управления движущимся по дороге автомобилем - за выходными данными (положением машиты и ее скоростью) следит водитель, который сравнивает их с ожидаемыми значениями и соответственно корректирует входные данные (с помощью руля, переключателя скоростей, тормоза). В усилительной схеме выходной сигнал должен быть кратен входному, поэтому в усилителе с обратной связью входной сигнал сравнивается с определенной частью выходного сигнала.
1. Предварительные сведения об обратной связи
Отрицательная обратная связь - это процесс передачи выходного сигнала обратно на вход, при котором погашается часть входного сигнала. Может показаться, что это глупая затея, которая приведет лишь к уменьшению коэффициента усиления. Именно такой отзыв получил Гарольд С. Блэк, который в 1928 г. попытался запатентовать отрицательную обратную связь. "К нашему изопрелению отнеслись так же, как к вечному двигателю" (журнал IEEE Spectrum за декабрь 1977 г.). Действительно, отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент усиления, но при этом она улучшает другие параметры схемы, например устраняет искажения и нелинейность, сглаживает частотную характеристику (приводит ее в соответствие с нужной характеристикой), делает поведение схемы предсказуемым. Чем глубже отрицательная обратная связь, тем меньше внешние характеристики усилителя зависят от характеристик усилителя с разомкнутой обратной связью (без ОС), и в конечном счете оказывается, что они зависят только от свойств самой схемы ОС. Операционные усилители обычно используют в режиме глубокой обратной связи, а коэффициент усиления по напряжению в разомкнутой петле ОС (без ОС) достигает в этих схемах миллиона.
Цепь ОС может быть частотно-зависимой, тогда коэффициент усиления будет определенным образом зависеть от частоты (примером может служить предусилитель звуковых частот в проигрывателе со стандартом RIAA); если же цепь ОС является амплитудно-зависимой, то усилитель обладает нелинейной характеристикой (распространенным примером такой схемы служит логарифмический усилитель, в котором в цепи ОС используется логарифмическая зависимость напряжения UБЭ от тока IК в диоде или транзисторе). Обратную связь можно использовать для формирования источника тока (выходной импеданс близок к бесконечности) или источника напряжения (выходной импеданс близок к нулю), с ее помощью можно получить очень большое или очень малое входное сопротивление. Вообще говоря, тот параметр, по которому вводится обратная связь, с ее помощью улучшается. Например, если для обратной связи использовать сигнал, пропорциональный выходному току, то получим хороший источник тока.
Обратная связь может быть и положительной; ее используют, например в генераторах. Как ни странно, она не столь полезна, как отрицательная ОС. Скорее она связана с неприятностями, так как в схеме с отрицательной ОС на высокой частоте могут возникать достаточно большие сдвиги по фазе, приводящие к возникновению положительной ОС и нежелательным автоколебаниям. Для того чтобы эти явления возникли, не нужно прикладывать большие усилия, а вот для предотвращения нежелательных автоколебаний прибегают к методам коррекции.
2. Обратная связь и ее телявлияние на характеристики
усили
Если на вход усилителя, помимо сигнала от внешнего источника, поступает также выходной сигнал или его часть, то в усилителе присутствует обратная связь (ОС).
Существует два вида ОС: внутренняя и внешняя.
При внутренней ОС часть выходного напряжения U поступает на вход усилителя за счет внутренних цепей активных элементов.
Попадание выходного сигнала на вход может происходить также из-за нерационального размещения отдельных усилительных каскадов.
Такие ОС называются паразитными. Для их исключения применяют следующие меры:
- рациональное расположение деталей;
- разбиение на блоки, секции;
- экранирование.
При специально созданной внешней ОС напряжение или ток ОС поступает на вход усилителя за счет введения в схему дополнительных элементов и цепей.
Такая ОС широко используется при конструировании усилителей, так как позволяет целенаправленно влиять практически на все показатели усилителя.
рисунок 1
Представим усилитель в виде четырехполюсника, выход которого соединим с входом четырехполюсника ОС, а выход четырехполюсника ОС с входом усилителя (рисунок 1).
Допустим, что четырехполюсник–усилитель обладает коэффициентом усиления К, а четырехполюсник ОС - коэффициентом передачи по напряжению βос.
Коэффициентом передачи называется отношение выходного напряжения (тока, мощности) к входному напряжению (току, мощности).
По своей сути коэффициент усиления и коэффициент передачи идентичны, но для пассивных четырехполюсников чаще используют понятие коэффициента передачи.
В реальных условиях четырехполюсник ОС не всегда присутствует в явном виде, однако, всегда можно найти численное значение:
и формально ввести четырехполюсник и прийти к изображенной на рисунке 1 схеме.
Напряжение на входе усилителя образуется при сложении напряжений (или токов) источника сигнала и цепи ОС. Если входной сигнал и сигнал ОС синфазны, то напряжение больше и обратную связь называют положительной (ПОС).
Если напряжения Umвх и Umос противофазные, то ОС называют отрицательной ОС (ООС).
В зависимости от того, как образуется сигнал ОС, различают ОС по напряжению и ОС по току (рисунки 2 и 3 соответственно).
рисунок 2 рисунок3
В первом случае сигнал ОС образует непосредственное сопротивление нагрузки, и коэффициент передачи цепи ОС равен:
Во втором случае последовательно с Zн включают сопротивление Zос, на котором создается падение напряжения Imвых ·Zос и тогда:
рисунок 4
По способу подачи сигнала ОС на вход усилителя различают последовательную и параллельную ОС (рисунок 4).
При последовательной ОС на входе усилителя геометрически суммируется напряжения входного сигнала и сигнала ОС. При параллельной ОС происходит геометрическое суммирование токов.
Полученные схемы формирования ОС и подачи его во входную цепь дают возможность получить схемы с существенным отличием характеристик.
Рассмотрим конкретные примеры влияния ОС на свойства усилителя.
Вернемся к общей приведенной схеме ОС.
Напряжение на выходе усилителя, активного ОС, можно записать в следующем виде:
,
где Um1 - напряжение, воздействующее на вход усилителя, с учетом сигнала ОС; K коэффициент усиления без учета ОС; Кос - коэффициент усиления каскада с учетом ОС.
Зная, что из предыдущего получим:
где - характеризует глубину ОС и называется петлевым усилением.
В общем случае β0, К, Кос - комплексные величины, но в определенном частотном диапазоне их можно считать вещественными, тогда:
.
При положительной ОС (когда βос·К >0) коэффициент усиления возрастает. При βос·К=1 усилитель превращается в генератор. При отрицательной ОС (когда βос·К<0) коэффициент усиления уменьшается:
.
То есть, при отрицательной ОС коэффициент усиления уменьшается в (1-β0·К0) раз. Отрицательная ОС (ООС) при этом увеличивает стабильность усилителя и уменьшает все виды искажений.
Введение ООС существенно влияет на величину входного и выходного сопротивлений усилителей.
При последовательной ООС входное сопротивление усилителя определяется как:
При параллельной ООС входная проводимость оценивается по формуле:
Из полученных выражений следует, что при последовательной ООС входное сопротивление увеличивается в (1+β0·К) раз, при параллельной ООС входная проводимость увеличивается на (1+β0·К).
Выходное сопротивление в усилителе с ООС по напряжению можно определить (при Rген<<Zвх) следующим образом:
.
Выходное сопротивление в усилителях с ООС по току определяют как:
,
где
Таким образом, введение ООС по напряжению увеличивает выходное сопротивление усилителя в (1+β0·К) раз, а введение ООС по току увеличивает выходное сопротивление на (1+ β0·S'·Zн).
3. Усилитель с отрицательной обратной связью
Чтобы увеличить динамический диапазон усилителя, используется отрицательная обратная связь (ООС). Всем известен обычный усилитель с трансформаторной ООС, который успешно используется многими. Единственный его недостаток — малая развязка между входом и выходом: если нагрузка отлична от 50 Ом, то и полное сопротивление входа не равно 50 Ом.N6NWP описал усилитель с хорошей развязкой, который используется между пассивным смесителем и кварцевым фильтром в приемнике с высокой динамикой. Однако он достаточно сложен.
Описанный ниже усилитель достаточно прост и обладает высокой динамикой, низким коэффициентом шума, полным электрическим сопротивлением входа 50 Ом, которое мало зависит от импеданса нагрузки.
Развязка между входом и цепью ООС основывается на несимметричном делителе мощности (рис.5).
Рисунок 5
В этом делителе действуют следующие соотношения:R2=R3(1+N)/N, R3=(l+N)Rs, R1=R2+R3 Цепи входа и выхода изолированы между собой, и в точке 1 мощность составляет сумму мощности точки 2 и 1/N мощности точки 3. Схема усилителя показана на рис.6.
Рисунок 6
Получены следующие результаты:
- усиление в полосе 5.,.200 МГц — 10 дБ;
- коэффициент шума на 144 МГц — 2,5...3 дБ;
- точка IP3 — +14 дБм;
Развязка между входом и выходом:
|
f (МГц) |
Выход50 Ом |
Выход не нагружен |
|
10 |
-15дБ |
-15дБ |
|
30 |
-32 дБ |
-30 дБ |
|
144 |
-6,5 дБ |
-4 дБ |
Я думаю, что улучшая делитель мощности на входе, можно было бы достичь более постоянных характеристик по всему диапазону.
2. Методика выявления- наблюдают за ребенком в течение 20 30 мин.
3. CHPTER II. CHPTER III
4. Обзор программных продуктов для расчета инвестиционных проектов
5. Введение Издание представляет собой доступное практическое пособие для работы с системой
6. Вариант 1 1. Дайте определение понятию двойной интеграл от функции по области D
7. Тема- Нарушения водноэлектролитного обмена- гипер изо и гипоосмолярная дегидратация Дисц
8. 23 Иванова Сергея Александровича Цель работы- Ознакомление с помощью осциллографа с видом траектори
9. Транспортное право Роль транспорта в экономике государства
10. Сознание ' это самоосознающая среда являющаяся основой для самовозникновения всего что есть
11. историческая социологическая и историческая школы Неспособность представителей классической эволюцион.html
12. Генеральный план Порядок проектирования промышленных предприятий установлен соответствующими инстру
13. Мова запитів SQL
14. 1Опишите назначение Рулевого управления
15. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ОАО Лужский ККЗ
16. Реферат- Договор контокоррента
17. Лабораторная работа ’ 4 Измерение постоянного напряжения Источники пос
18. тема йога 17 Материалистическая система ньяя 1
19. Утверждаю Председатель Белгородской региональной общественной организации Федерация
20. Проектирование техологии бурения наклонно-направленной скважины глубиной 1773 м.html