Исследование обратных связей

В УСИЛИТЕЛЬНЫХ СХЕМАХ

Целью работы является практическое ознакомление с использованием цепей отрицательной обратной связи в электронных схемах.

Основные сведения. Под обратной связью понимают связь, осуществляющую передачу всей или части энергии с выхода на вход электронной цепи.

Цепь, через которую подается энергия обратной связи, называют цепью обратной связи (ЦОС). Напряжение на выходе цепи обратной связи называют напряжением обратной связи (U_о.с). Отношение напряжения обратной связи к выходному напряжению называется коэффициентом обратной связи:

γ = U_о.с/U_вых<1.

Если входное напряжение электронной цепи (U_вx) совпадает по фазе с U_о.с, то такая обратная связь называется положительной. Если же входное напряжение электронной цепи находится в противофазе с напряжением обратной связи, то такая обратная связь называется отрицательной.

Иногда на практике обратная связь в электронных цепях возникает и при отсутствии реальной цепи обратной связи, т. е. непроизвольно. В этом случае в качестве цепи обратной связи выступают междуэлектродные емко-сти в электронных приборах, емкости между проводами и т. д. Такая обратная связь является нежелательной и называется паразитной.

По способу подачи напряжения обратной связи на вход электронной схемы различают параллельную и последовательную обратные связи. Если источники входного сигнала и напряжения обратной связи включены последовательно, то такая обратная связь называется последовательной (рис. 5.1). Если же эти напряжения включены параллельно, то и связь называется параллельной (рис. 5.2).

Рис 5.1 Рис 5.2

При параллельной обратной связи во входную цепь включают резистор, предотвращающий шунтирование выходного сопротивления цепи обратной связи источником входного напряжения.

По способу формирования напряжения обратной связи, т. е. по тому, как ЦОС подключена к выходу электронной схемы, различают обратную связь по току и по напряжению.

Если напряжение на вход цепи обратной связи подается с зажимов сопротивления нагрузки электронной цепи (R_н), то такая связь осуществляется по напряжению (к этому типу обратных связей относятся схемы рис. 5.1 и 5.2). Если напряжение на вход цепи обратной связи подается с резистора R_о.с, включенного последовательно с нагрузочным сопротивлением, то это напряжение будет пропорционально току нагрузки и связь называется по току (рис. 5.3 и 5.4). При этом обратная связь рис. 5.3 является последовательной, а рис. 5.4 – параллельной.

Из всех электронных цепей наиболее часто обратной связью охватывают усилительные схемы. Если усилитель охватить положительной обратной связью, то его коэффициент усиления увеличится: K_о.с= K/(1–γK ) > K, а для отрицательной обратной связи уменьшится: K_о.с= K/(1+γK ) < K,где K – коэффициент усиленияпри отсутствии ОС, а K_о.с – при ее введении. Положительную ОС поэтому применяют при создании автогенераторов, а отрицательную используют для предотвращения паразитного самовозбуждения усилителей и общего повышения стабильности его параметров.

В лабораторной работе исследованию подлежит только отрицательная обратная связь. Введение обратной связи влияет на параметры усилителей. Так, входное сопротивление усилителя зависит от того, как ЦОС подключена к его входу: при последовательной отрицательной обратной связи входное сопротивление увеличивается в (l + γK) раз, при параллельной – уменьшается (для схемы рис. 5.2 R_{вx o.c} = R₁ + R₂/(1+K)).

Выходное сопротивление усилителя, охваченного отрицательной обратной связью по напряжению, уменьшается в (1+ γK) раз, а охваченного обратной связью по току – увеличивается в такое же количество раз.

Описание лабораторной установки.В состав лабораторной установки входят лабораторный макет, генератор гармонических сигналов, магазин сопротивлений, два вольтметра переменного напряжения и осциллограф. Лицевая панель макета приведена на рис. 5.5. С помощью перемычек на макете можно собирать различные цепи обратной связи.

Порядок выполнения работы:

1. Подать напряжения питания +15 и –15 В на макет.

2. Исследовать амплитудно-частотную характеристику усилителя при введении различных цепей обратной связи:

а) собрать схему с параллельной обратной связью по напряжению (рис. 5.2);

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне частот 20 Гц…3 МГц. Определить нижнюю и верхнюю граничные частоты (f_гр) схемы, исходя из условия K(f_гр) ≈ 0,7 [max K(f)], а также частоту единичного усиления (f_ЕУ);

в) повторить измерение при введении последовательной обратной связи по напряжению (рис. 5.1);

г) повторить измерение при введении параллельной обратной связи по току (рис. 5.4);

д) повторить измерение при введении последовательной обратной связи по току (рис. 5.3).

3. Исследовать влияние различных схем обратной связи на входное сопротивление усилителя:

а) собрать схему с параллельной обратной связью. Измерить входное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью;

б) повторить измерение при включении параллельной обратной связи по току.

4. Исследовать влияние различных схем обратной связи на выходное сопротивление усилителя:

а) собрать схему с обратной связью по напряжению. Измерить выходное сопротивление усилителя, охваченного обратной связью;

б) повторить измерение при включении обратной связи по току (подключение ЦОС ко входу усилителя сохранить таким же, как в п. 4,а).

Содержание отчета:

1. Схемы соединения приборов при измерениях.

2. Схема макета.

3. Графики АЧХ, значения f_гр и f_ЕУ, полученные при обработке результатов измерений, проведенных при выполнении п.2.

4. Значения входных сопротивлений при разных включениях ЦОС (согласно п. 3).

5. Значения выходных сопротивлений при разных включениях ЦОС (согласно п. 4).

6. Выводы.

Лабораторная работа № 6