9. Sprzężenie zwrotne własności

Transkrypt

1 9. Sprzężenie zwrotne własności 9.. Wprowadzenie Sprzężenie zwrotne w uładzie eletronicznym realizuje się przez sumowanie części sygnału wyjściowego z sygnałem wejściowym i użycie zmodyiowanego w ten sposób sygnału wejściowego do sterowania uładu. łady ze sprzężeniem zwrotnym mogą być analizowane różnymi metodami. Bardzo szeroo stosowane są : c) Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego, b) Ogólna teoria sprzężenia zwrotnego.

2 9.. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego WE A A A W A A A A A 9... Schemat bloowy uładu ze sprzężeniem zwrotnym

3 ałożenia elementarnej teorii sprzężenia zwrotnego : 3. stnieje możliwość wyodrębnienia dwóch, unilateralnych bloów : wzmocnienia - - sprzężenia zwrotnego,. Obydwa bloi są uładami liowymi, 3. Blo sprzężenia zwrotnego nie obciąża ( tzn. nie pobiera sygnału) z wyjścia blou wzmocnienia. Jest rzeczą oczywistą, że żaden z rzeczywistych uładów eletronicznych nie spełnia w pełni założeń elementarnej teorii sprzężenia zwrotnego. Stąd wynii analizy uzysane za pomocą tej metody mają charater przybliżony i mogą być stosowane tylo do pewnych grup uładów ( np. uładów z tranzystorami unipolarnymi i uładów, w tórych wzmocnienie toru wzmacniacza jest duże a sprzężenie zwrotne jest niezbyt silne.

4 A A A A (9..) A A A A A A A A A A ( A A ) A A A A A A A A (9..) T stosune zwrotny (wzmocnienie pętli), F - T różnica zwrotna, (współczynni sprzężenia zwrotnego).

5 Typy sprzężeń zwrotnych : a) jemne - <, tzn., - >, b) Dodatnie - >, tzn., - <, Jeśli stan nieoreślony, tzn. (generacja drgań) alety ujemnego sprzężenia zwrotnego : -zmniejszenie wrażliwości wzmocnienia na zmiany parametrów elementów sladowych uładu, warunów zasilania, czynniów zewnętrznych (np. temperatura) -zmniejszenie znieształceń nieliowych oraz wpływu załóceń, -możliwość doboru poziomu impedancji wejściowej i wyjściowej, - możliwość ształtowania charaterysty częstotliwościowych bądź impulsowych wzmacniacza. Powyższe zalety oupione są zmniejszoną wartością wzmocnienia.

6 Dodatnie sprzężenie zwrotne jest stosowane w sposób zamierzony głównie w uładach generacyjnych, natomiast w uładach wzmacniaczy, ze względu na swoje liczne wady (głównie niestałość parametrów ), jest stosowane bardzo rzado, zazwyczaj łącznie ze sprzężeniem ujemnym. Każdy uład ze sprzężeniem zwrotnym zawiera drogę łączącą wyjście uładu z jego wejściem, zwaną pętlą sprzężenia zwrotnego ależnie od liczby taich elementarnych pętli można rozróżnić : - ułady z pojedynczą pętlą sprzężenia zwrotnego, - ułady wielopętlowe.

7 9.3. Podstawowe ułady sprzężenia zwrotnego G G L G L E G Prądowo - szeregowe Prądowo - równolegle G G E G L G L Napięciowo - szeregowe Napięciowo - równolegle 9.3. Podstawowe ułady sprzężenia zwrotnego

8 9.3.. Sprzężenie prądowo szeregowe impedancje wejściowa i wyjściowa / L G E G / o L L Schemat bloowy uładu ze sprzężeniem prądowo szeregowym

9 o L G E G o o L L Schemat bloowy uładu ze sprzężeniem prądowo szeregowym wyznaczenie impedancji wejściowej

10 o ) ( ) ( L o L o o ) ( L o (9.3..) (9.3..) Podstawiając (9.3..) do (9.3..) otrzymujemy ) ( L o o (9.3..)

11 wyle wartość o ( L ) << i wówczas o ( ) (9.3..3) Bardzo często również o ( << ). A zatem ( ) (9.3..4)

12 G o o o Schemat bloowy uładu ze sprzężeniem prądowo szeregowym wyznaczenie impedancji wyjściowej

13 ) ( ) ( o o o (9.3..5) G ) (9.3..6) Podstawiając (9.3..6) do (9.3..5) otrzymujemy ) ( G o o o (9.3..7)

14 Podstawiając G o S (9.3..8) otrzymujemy ) ( S o o (9.3..9) wyle ) ( G o o << i wówczas ) ( S o o (9.3..0)

15 9.3.. Sprzężenie napięciowo równolegle admitancje wejściowa i wyjściowa G E G G / L L G / Schemat bloowy uładu ze sprzężeniem napieciowo równoleglym

16 o o ( L ) (9.3..) wyle ( ) << o L i wówczas o ( ) (9.3..) Bardzo często również << ). A zatem o ( ( ) (9.3..3)

17 ) ( S o o (9.3..4) wyle i wówczas ) ( S o << ) ( S o o (9.3..5) G o S gdzie : (9.3..6)

18 Wpływ sprzężenia zwrotnego na wzmocnienie Sprzężenie prądowo - szeregowe Proste zależności na wzmocnienie uładu ze sprzężeniem zwrotnym prądowym szeregowym można uzysać stosując w schemacie zastępczym idealizowany wzmacniacz transondutacyjny i idealny uład sprzężenia zwrotnego (rys ) ład ten jest modyiacją uładu z rys , w tórym przyjęto : -, - o 0, - 0, - o 0.

19 G L L E G L Schemat bloowy uładu ze sprzężeniem prądowo szeregowym z idealizowanym wzmacniaczem transondutancyjnym i idealnym uładem sprzężenia zwrotnego

20 Na podstawie rys można napisać : u L L L L Mamy zatem u L ( ) Łatwo sprawdzić, że ( ) u L

21 Sprzężenie napięciowo równolegle G E G G L L L G Schemat bloowy uładu ze sprzężeniem napieciowo równoleglym z idealizowanym wzmacniaczem transrezystancyjnym i idealizowanym uładem sprzężenia zwrotnego

22 Na podstawie rys można napisać : i L L L L Mamy zatem i L ( ) Łatwo sprawdzić, że i L L ( ) L

23 Podsumowanie wpływu ujemnego sprzężenia zwrotnego na parametry robocze wzmacniacza liowego Napięciowo -szeregowe Prądowo -szeregowe Napięciowo -równolegle Prądowo -równolegle o u i us, is, ps F i

24 Wpływ sprzężenia zwrotnego na wrażliwość wzmocnienia aładając, ze wzmocnienie jest wielością rzeczywistą (zares częstotliwości średnich) można zdeiować następujące miary wrażliwości wzmocnienia w uładzie bez i ze sprzężeniem zwrotnym względem tego samego parametru p i S p i ; S ; p p i i pi p p i i (9.3.5.)

25 Na podstawie zależności (9..) otrzymujemy : d Mamy zatem d d (9.3.5.) ( ) d zależności (9.3.5.) i ( ) otrzymujemy ( ) S p i S p ( ) i

26 W przypadu sprzężenia czysto ujemnego czułość wzmocnienia ulega reducji, podobnie ja samo wzmocnienie. W granicznym przypadu silnego ujemnego sprzężenia zwrotnego ( >> ) otrzymujemy ( ) tzn. wzmocnienie staje się pratycznie niezależne od parametrów atywnych elementów wzmacniających i jego stałość, przy zastosowaniu biernych elementów w torze sprzężenia zwrotnego, jest bardzo duża.

27 Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na znieształcenia nieliowe, załócenia i szumy z z z 3 A A A A A A A A Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym z uwzględnieniem sygnałów szodliwych

28 3 ) ( z z z A A (9.3.6.) Wpływ sygnałów szodliwych wewnątrz pętli sprzężenia zwrotnego jest zmniejszony i to tym bardziej, im bliżej wyjścia one powstają. załócenia i szumy powstałe na wejściu uładu są reduowane w tym samym stosunu co sygnał użyteczny, zatem ujemne sprzężenie zwrotne nie poprawia stosunu sygnału do szumu.

29 awartość harmonicznych h uładu bez sprzężenia zwrotnego i h ze sprzężeniem zwrotnym są związane zależnością h h (9.3.6.) Powyższy wzór jest słuszny tylo wtedy, gdy nie zależy od częstotliwości. jemne sprzężenie zwrotne powoduje zatem learyzację odpowiedniej charaterystyi roboczej wzmacniacza, przy założeniu, że szeroość pasma obejmuje wszystie prążi widma sygnału. Może się jedna również zdarzyć, ze dla częstotliwości rozpatrywanej harmonicznej sprzężenia zwrotne jest dodatnie i wtedy zawartość harmonicznych może ulec zwięszeniu.

30 Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na charaterystyi częstotliwościowe wzmacniaczy Przy zamożnieniu const i jednobiegunowej charaterystyi członu wzmacniającego u0 u ( j ) otrzymujemy j g (9.3.7.) u ( j ) u j 0 g (9.3.7.)

31 gdzie : u 0 u 0 u 0 ( ) g g ( u0 ) ( ) u (j) u0 u0 g g (sala lg) Rys Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na częstotliwość górną wzmacniacza

32 9.4. Przyłady uładów z podstawowymi rodzajami sprzężeń zwrotnych Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym napięciowo-szeregowym (wzmacniacz napięciowy)

33 9.4.. Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym prądowo - równoległym (wzmacniacz prądowy)

34 Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym prądowo - szeregowym (wzmacniacz transondutancyjny)

35 Wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym napięciowo równoległym (wzmacniacz transrezystancyjny)

36 9.5. Stabilność wzmacniaczy ze sprzężeniem zwrotnym Wyznaczanie wzmocnienia pętli A metodą przecięcie pętli sprzężenia zwrotnego

37 9.5.. Przyład uładu z przeciętą pętlą sprzężenia zwrotnego

38 Alternatywna metoda wyznaczenia wzmocnienia pętli

39 Marges wzmocnienia i azy uładu ze sprzężeniem zwrotnym

40 Jeśli transmitancja toru sprzężenia zwrotnego nie zależy od częstotliwości, wówczas 0log A 0log A( jω 0log Można zatem stabilność wzmacniacza ze sprzężeniem zwrotnym badać tylo na podstawie charaterystyi częstotliwościowej toru wzmocnienia A(jω) (rys.9.5.5)

41 Alternatywna metoda wyznaczenia wzmocnienia pętli

42 9.6. Kompensacja charaterystyi częstotliwościowej toru wzmocnienia A(jω) Kompensacja charaterystyi częstotliwościowej dodatowym biegunem