Усилители переменного напряжения на базе ОУ.

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 34Следующая ⇒

Рассмотренные нами усилители на базе операционного усилителя (ОУ) являются усилителями постоянного напряжения. Но если отказаться от усиления постоянного напряжения и применить навесные разделительные конденсаторы, то можно строить усилители переменного напряжения. Их преимущества: уменьшение сдвига нуля .

Рисунок 2.19 Усилители переменного напряжения на базе ОУ

Разделительные конденсаторы целесообразно включать на входе. В случае неинвертирующего усилителя после конденсатора С2включается резистор R2 (схемы б, в)для пропускания на “землю”( ) постоянного входного тока.

Во всех трёх схемах 100% ООС по постоянному напряжению создаётся благодаря наличию конденсатора С1.Поэтому ЭДС смещения операционного усилителя передаётся на его выход, как и в неинвертирующем повторителе т.е. без усиления:

Если выбран так, что второе слагаемое во втором и третьем уравнениях обращается в нуль, то вместо него следует взять .

Для первой схемы (а) нижняя частота определяется постоянной времени:

Усилители переменного напряжения имеют преимущество - они могут применяться с одним .

Тема 2.3 Устойчивость усилителей с обратной связью и способы ее обеспечения

Раздел 2.3.1 Устойчивость АЭУ с отрицательной обратной связью (Лекция 17, 2 часа)

Учебные вопросы:

1. Баланс амплитуд и баланс фаз

2. Критерии устойчивости Найквиста

Устойчивость работы усилителей с ООС

Если цепь обратной связи (ОС) разорвать и в разрыв подать , которое пройдёт по цепямусилителя, цепям ОСи на выходных зажимах создастся напряжение (рис 6.1).

Рисунок 2.20

Коэффициент передачи этой цепи – коэффициент петлевого усиления (возвратное отношение):

Разность F=1-Tназывается возвратной, а её модуль – глубиной связи.

Построим по формуле T+F=1векторную диаграмму (рис 2.21), на которой проведём окружность радиуса

Рисунок 2.21 Векторная диаграмма

Если на данной частоте точка В(конец вектора петлевого усиления) лежит внутри окружности, тоF< 1и связь – ПОС (положительная ОС), а если вне окружности тоF> 1и связь – ООС (отрицательная ОС).Эта окружность называется окружностью граничной обратной связи (ОС). Частоту, на которой полный фазовый угол , а коэффициент петлевого усиления , мы не рассматриваем т.к. на ней будет самовозбуждение т.е. усилитель превратится в автогенератор.

Автогенерация в усилителях с обратной связи (ОС) возникает при одновременном выполнении на некоторой частоте двух условий:

1. Баланс амплитуд: петлевое усилениеТ = 1;

2. Баланс фаз: полный фазовый сдвиг петлевого усиления равен 0 или 360°; (ПОС)

Обычно усилители охвачены ООС. В этом случае на средних частотах полный фазовый сдвиг петлевого усиления . На нижних и верхних частотах появляются ещё частотно-зависимая составляющая (особенно за пределами граничных частот) суммарного фазового сдвига (особенно за пределами граничных частот) и тогда:

Тогда условие ‘’ 2 ” выполняется при .

Если усилитель самовозбуждается, то он загружен собственными колебаниями. Усиливаемый сигнал на их фоне трудноразличим, поэтому самовозбуждение усилителя недопустимо.

Критерии устойчивости Найквиста и Боде. Запасы устойчивости.

Для выяснения устойчивости усилителя с обратной связью (ОС)используют частотные критерии Найквиста и Боде, указывающие, указывающие как сделатьусилителя с обратной связью(ОС)устойчивым.

Критерий Найквиста – усилитель, устойчивый при разомкнутой петли обратной связи будет устойчив и при замкнутой петле ОС, если годограф вектора петлевого усиленияТ(кривая, на которой проходит на комплексной плоскости конец вектора Т ) не охватывает точку 1, 0, называемую критической.

а) б) в)

Рисунок 2.22 Устойчивость усилителя с ОС. Критерий

Найквиста

а) годографТне охватывает критическую точку, ни на одной из частот одновременно выполнения баланса фаз и амплитуд не получается, поэтому самовозбуждение невозможно.

б) изменим частоту так, чтобы полный фазовый сдвиг петлевого усиления . Тогда T> 1.На этой частоте возникнут автоколебания. => Годограф начинается и заканчивается в начале координат. В УПТ для получения замкнутого годографа . Изменение знака частоты Найквиста для УПТ является симметричным относительно реальной оси.

в)усилители с обратной связью (ОС)называется условно устойчивым: годограф пересекает действительную ось за пределами критической точки, но не охватывает её (применяется для реализации глубокой ООС).

Ввиду возможной неточности резисторов годографа вектора и его деформации в процессе эксплуатации усилителя предусматривается запас устойчивости, чтобы годограф не подходил близко к критической точке.

Здесь – запас по фазе, x – запас по модулю(дБ).

Один из способов: в пределах некоторого сектора годограф не выходил за пределы окружности радиуса .

Для усилителей на дискретных элементах: .

Для усилителей на ИМС: .

Рисунок 2.23 Запасы устойчивости

Критерий устойчивости Бодевытекает из критерия Найквиста и основывается на АЧХ и ФЧХ петлевого усиления. Частота, на которой петлевое усиление Т=1, называется критической ( ). Если на ней , то усилитель с ООС устойчив.

На частоте запас по фазе .

Рисунок 2.24 Устойчивость усилителя с ОС. Критерий

Устойчивости Боде

Если зависимость построить в виде ЛАЧХ, которая для верхних частот подстроена, то определяется точкой пересечения с осью частот ЛАЧХ: . Обычно бывает, что известна ЛАЧХ не всей петли, а только усилителя без обратной связи . Тогда целесообразно представить:.

На критической частоте:

Т=1; ; ;

где – сдвиг фазовой асимптоты ЛАЧХ ;

– сдвиг фазовой асимптоты ЛАЧХ ;

Следовательно, фазовый сдвиг определяется разностью наклонов к горизонтали двух ЛАЧХ.

Критерий Боде: если горизонтальная прямая (если ОС является частотно-независимой => – горизонтальная прямая) пересекает график на участке единичной крутизны его спада (20 дБ/дек ), то усилитель с обратной связью устойчив, а если на участке двойной крутизны, то неустойчив. Однако если (критическая частота) превышает частоту второго полюса менее, чем на декаду, то и усилитель устойчив.

Раздел 2.3.2 Коррекция ОУ (Лекция 18, 2 часа)

Учебные вопросы:

1. Простейшая коррекция ОУ

2. Коррекция ОУ с RC-цепью

3. Коррекция ОУ с фазовым опережением

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 111213 14 15 16 Следующая ⇒