Принцип обратной связи

Линейные системы с обратной связью.

Обратная связь применяется для улучшения характеристик радиоэлектронных устройств, например, линеаризация усилителей, стабилизация режима их работы, для осуществления автоколебательных режимов системы, для запоминания сигналов с целью их накопления и др.

Различают два вида обратной связи: положительную и отрицательную.

Обратная связь, поддерживающая внешнее воздействие и приводящая к тому, что система стремится удалиться от своего первоначального состояния, называется положительной обратной связью.

Обратная связь называется отрицательной, если благодаря этой связи внешнее воздействие на систему вызывает противодействие, восстанавливающее её первоначальное состояние.

Принцип обратной связи поясняется схемой:

- комплексная амплитуда гармонического напряжения на входе системы

- коэффициент передачи прямой цепи

- комплексная амплитуда напряжения на выходе всего устройства

- комплексная амплитуда напряжения на выходе цепи обратной связи

Основной четырехполюсник- линейный усилитель, - коэффициент усиления прямой цепи, пропускающий сигнал только от входа к выходу.

Четырёхполюсник обратной связи может быть пассивным или активным(пропуск сигнала отрезка).

Коэффициент передачи всей цепи в целом:

Напряжение на выходе четырёхполюсника обратной связи:

Напряжение на входе прямого четырёхполюсника равно сумме входного напряжения Е и напряжения обратной связи :

Это основное выражение для общей передаточной функции цепи с обратной связью.

- передаточная функция каскадного соединения четырехполюсника прямой цепи и обратной связи (передаточная функция разомкнутой системы).

Положительная обратная связь:

Отрицательная обратная связь:

Пусть:

Подставим (2) в (1):

То есть получили выражение АЧХ и ФЧХ цепи с обратной связью через аналогичные характеристики цепи прямой и обратной передачи.

В усилителях, как правило применяется ООС(отрицательная обратная связь). Её ценное качество- выравнивание АЧХ, если коэффициент передачи слабо зависит от частоты.

Действительно, при глубокой ООС:

При этом ФЧХ:

Характеристики АЧх и ФЧх улучшаются даже при в несколько единиц.

Рассмотрим влияние ООС на стабильность характеристик системы. Для упрощения анализа получаем - действительными величинами.

Причинами нестабильности могут быть: непостоянство напряжения питания усилителя, изменение температуры окружающей среды, механические вибрации и т.д.

Пусть величина изменяется на . В отсутствии ОС относительно изменение выходного напряжения:

Продифференцируем (5) по :

Откуда:

При ООС

имеет место ослабление нестабильности системы.

При ПОС нестабильность системы усиливается.

При действии ООС уменьшается усиление системы в раз. Однако, предварительное усиление входного сигнала может быть осуществлено предварительно на малом уровне мощности для компенсации ослабления усиления за счет действия ООС.

Рассмотрим фазовую нестабильность прямого усиления: пусть в результате нестабильности стал отличен от нуля, - малая величина.

Согласно (4):

При ООС получается ослабление нестабильности в раз(по фазе).

Теперь рассмотрим нестабильность в цепи обратной связи:

Продифференцируем выражение (5) по :

В случае глубокой ООС :

Нестабильность цепи ОС не ослабляется в полной цепи. Основные дестабилизирующие факторы обычно имеются в прямом усилителе , содержащем активные элементы и нагрузочное сопротивление. Четырехполюсник обратной связи обычно представляет из себя пассивную цепь, которая может быть сделана достаточно стабильной.

ООС позволяет ослабить нелинейные искажения, которые возникают в основном усилителе из-за нелинейности характеристик активных элементов. При синусоидальном напряжении на входе усилителя, эти искажения проявляются в виде высших гармонических усиливаемых частот.

Пусть в отсутствие ОС при подаче на вход амплитуды , на выходе усилителя амплитуда напряжения основной частоты равна , а амплитуда одной из гармоник- .

Усилитель с искажениями можно представить в виде идеального линейного усилителя, на входе которого действует «генератор гармоник».

Полагаем одинаковым для основной частоты и для гармоники.

При введении ООС для получения на выходе прежней амплитуды , входное напряжение необходимо увеличить в раз. Это усиление достигается с помощью дополнительного усилителя:

Напряжение основной частоты на зажимах остаётся таким же как в схеме без ООС:

оно есть разность между напряжением на зажимах :

ОС:

Но

Напряжение же n-ой гармоники на входе усилителя с учетом напряжения ОС равно: , на выходе усилителя:

Отсюда:

Уменьшение нелинейных искажений достигается при включении ООС за счет предварительного усиления сигнала на основной частоте.

В случае полосовых усилителей используется ООС, уменьшая коэффициент усиления и добротность колебаний системы, добиваются расширения полосы пропускания усилителя.

Использование ОС позволяет изменять входное и выходное сопротивление усилителя. Это используется для цепей согласования усилителя с генератором и нагрузкой.

Поиск по сайту: