Устройства

Основное назначение ОС – передача сигнала с выхода устройства на его вход. Кроме того, существует и побочное (как правило нежелательное) влияние ОС на параметры и характеристики устройства. Во-первых, ЦОС шунтирует вход и выход устройства. Во-вторых, через ЦОС сигнал может просачиваться и в прямом направлении: с входа устройства на его выход. Классическая теория ОС пренебрегает побочным влиянием ОС, считая устройство с ОС однонаправленной системой (передача сигнала происходит только по направлениям, указанным стрелками на рис. 1.1), состоящей из взаимно независимых функциональных элементов: устройства и ЦОС. Однако, если допущение об однонаправленности системы имеет место для большинства реальных схем с ОС, то пренебрежением шунтирующим влиянием ЦОС может привести не только к количественным, но и качественным неверным выводам о характере воздействия ОС на параметры устройства.

Проблема учета взаимного влияния устройства и ЦОС решается наиболее просто, если для исследования систем с ОС использовать метод четырехполюсника (разд. 3.2 в [1]), основанный на представлении устройства с ОС в виде регулярного встречного соединения двух трехполюсников: устройства без ОС и ЦОС, так как вход ЦОС подключен к выходу устройства, а выход ЦОС – к его входу. Так, например, параллельную ОС по напряжению (рис.1.2 в) можно рассматривать как встречное регулярное параллельное соединение этих трехполюсников. В табл. 3.1 [1] приведены y – параметры согласного соединения (вход со входом, выход с выходом) трехполюсников. Индексы "I" и "II" означают принадлежность y – параметров к устройству и ЦОС. Для перехода к y – параметрам встречного соединения необходимо сделать замену: , , , . Зная y – параметры соединения и воспользовавшись табл. 4.1 [1], можно найти выражение для параметров устройства с ОС.

Рассмотрим изложенную методику на примере вывода выражения для сквозного коэффициента передачи по напряжению усилителя, охваченного параллельной ОС по напряжению (рис. 1.2, в).

Для встречного регулярного параллельного соединения двух трехполюсников (ЦОС и устройством без ОС)

(1.1)

Допущения об однонаправленности системы математически записывается как и .

Подставляя y – параметры из (3.1)в выражения для сквозного коэффициента передачи по напряжению любого линейного четырехполюсника (табл. 4.1 [1])

(1.2)

и полагая, что условие однонаправленности системы выполняется, получим

, (1.3)

где индекс "F" означает принадлежность данного параметра устройству, охваченного ОС, , - проводимости источника сигнала и нагрузки.

При исследовании конкретных схем с ОС разделение схемы на ЦОС и основное устройство часто вызывает затруднения. Поэтому логичнее устройство с ОС представить в виде соединения каналов прямой и обратной передач (КПП и КОП). КПП отвечает за передачу сигнала в прямом направлении, т.е. с входа устройства на его выход, а КОП – в обратном: с выхода на вход. Если принять допущения классической теории ОС (однонаправленность и взаимная независимость каналов), то коэффициенты передачи КПП и КОП будут совпадать с коэффициентами передачи устройства без ОС и ЦОС.

При определении коэффициента передачи КПП ( ^* ) будем учитывать шунтирующее влияние КОП (ЦОС). При нахождении же коэффициента передачи КОП влиянием КПП пренебрегаем, т.к. взаимное влияние каналов было уже учтено при определении ^*. Такое разделение КПП и КОП обладает достаточной наглядностью и дает аргументированный ответ о возможности применения допущения о взаимной независимости этих каналов.

Из (1.3) следует, что ,

.

Умножая и деля второй член в квадратных скобках на проводимость и вводя обозначение

, (1.4)

получим

, (1.5)

где B – коэффициент передачи ЦОС.

Таблица 1.1. Значения параметров выражения (1.5) для различных видов ОС

Вид ОС
Параллельная по напряжению
Последовательная по напряжению
Параллельная по току
Последовательная по току

 

Обратите внимание, что коэффициент передачи КПП K_e^* – это коэффициент передачи устройства с учетом шунтирующего влияния ЦОС!

Выражение (1.5) справедливо для любого вида ОС, только в зависимости от вида ОС будут изменяться значения параметров, входящих в это выражение (табл. 1.1).

Как видно из рис.1.2, в КПП и ЦОС составляют замкнутое кольцо, которое принято называть петлей обратной связи. Для количественной оценки ОС применяют коэффициент усиления вдоль разомкнутой петли ОС, который называется коэффициентом петлевого усиления и обозначается через . Очевидно, что

(1.6)

Наряду с используется возвратное отношение

(1.7)

и глубина ОС (возвратная разность)

(1.8)

– параметр, показывающий, как изменится коэффициент передачи устройства при введении ОС.

Из (1.5), (1.6) и (1.8) следует, что

. (1.9)

Если шунтирующим влиянием ЦОС можно пренебречь то, вне зависимости от вида ОС, из табл. 1.1 получим, что

, (1.10)

а выражение (1.9) примет классический вид

. (1.11)

Возвратное отношение (1.7) – величина комплексная, характеризуемая модулем T и аргументом , где и – аргументы комплексных коэффициентов передачи и . Отрицательный знак перед в (1.7) говорит о том, что петля ОС спроектирована таким образом, что включает постоянный (частотно-независимый) фазовый сдвиг равный .

Аргумент же зависит от частоты и при фазовый сдвиг вдоль петли ОС будет равен или , а при – , т.е. в первом случае ОС – положительная, а во втором – отрицательная (см. разд. 1.1). Так как на разных частотах значения различно, то вид ОС при изменении частоты от 0 до будет меняться не один раз, в зависимости от числа нулей и полюсов передаточной функции T(p).

Таким образом, при , т.е. при ООС

и глубина ОС

, (1.12)

т.е. ООС уменьшает коэффициент усиления в F раз, что является наиболее существенным недостатком такого вида ОС.

При ПОС и , а

. (1.13)

При T = 1 F = 0 и , что физически соответствует самовозбуждению устройства, т.е. оно превращается в генератор незатухающих колебаний. Возбудившееся устройство не может выполнять свои прямые функции, поэтому самовозбуждения устройства в эксплуатационных условиях недопустимо. Более подробно вопросы устойчивости устройств с ОС будут изложены в разд. 1.8.