Материал: Попов Э.Г. Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехнических спец

самовозбуждением и, естественно, неприемлем для усилителя. Возможность работы усилителя с обратной связью в широком диапазоне частот и при разных уровнях входного сигнала без самовозбуждения характеризуется его устойчивостью. При разработке высококачественных усилителей с глубокой обратной связью задача обеспечения устойчивости является одной из основных

инаиболее трудных.

7.2.Критерий устойчивости Найквиста

в единицу, а сдвиг по фазе становится равным нулю. Этому условию соответствует на комплексной плоскости точка с координатами 1,0. Следовательно, критерий устойчивости Найквиста можно сформулировать следующим образом: усилитель с обратной связью будет устойчивым к самовозбуждению, если годограф коэффициента петлевого усиления для этого усилителя не охватывает точку с координатами 1,0.

Следуя этому правилу, можно утверждать, что усилитель, имеющий годограф, представленный на рис. 7.1, а, будет находиться в устойчивом состоя-

226

нии. Усилитель, имеющий годограф петлевого усиления, представленный на рис. 7.1, б, является неустойчивым. Существуют усилители, чей годограф петлевого усиления не охватывает точку с координатами 1,0, но может приобретать значения, превышающие единицу (см. рис. 7.1, в). Такие усилители называются условно устойчивыми. Воздействие дестабилизирующих факторов (изменение напряжения питания, воздействие на усилитель сильной помехи, замена при ремонте активных элементов и т.д.) может привести к уменьшению коэффициента усиления усилителя, что повлечет за собой сжатие годографа петлевого усиления, и опасная точка попадет внутрь годографа. В этом случае усилитель самовозбудится и останется в состоянии генерации. Усилители с условной устойчивостью используются благодаря тому, что позволяют ввести более глубокую обратную связь, чем усилители с абсолютной устойчивостью. Однако для их нормальной работы приходится дополнительно вводить автоматические устройства коррекции, позволяющие менять форму годографа петлевого усиления таким образом, чтобы он не охватывал опасную точку при своем сжатии и расширении.

В расчетах усилителей используются конкретные значения сопротивле-

метров. Параметры сопротивлений и конденсаторов чаще всего могут находиться в пределах 5 – 20 % от их расчетных величин, а параметры активных элементов могут отличаться от принятых в несколько раз. Кроме того, нельзя забывать о существовании паразитных емкостей и индуктивностей, также влияющих на форму годографа, но не учитывающихся при расчете. Влияние всех этих неточностей требует обеспечить определенный запас устойчивости, т.е. расчетный годограф петлевого усиления должен проходить на определенном удалении от опасной точки. Введение запаса устойчивости показано на рис.7.2. Для обеспечения устойчивости усилителя, рассчитанного с использова-

227

нием средних значений параметров элементов схемы, необходимо, чтобы его годограф не заходил в выделенную штриховкой область. Запретная зона определяется запасом устойчивости по модулю m и по фазе φ. Запас устойчивости показывает, во сколько раз (m) надо увеличить коэффициент петлевого усиления и на сколько градусов одновременно изменить фазовый угол (±ϕ), чтобы усилитель возбудился. Для трехкаскадного усилителя, охваченного обратной связью, рекомендуется [1] брать запас устойчивости по модулю примерно равный 3 и по фазе ±300 .

7.3. Многокаскадные усилители с обратной связью

Рассмотрим несколько усилителей, имеющих различное число резисторных каскадов с отрицательной обратной связью. Для анализа будем использовать многокаскадные усилители, охваченные общей частотнонезависимой обратной связью. При этом будем считать, что все каскады имеют равные граничные частоты. Для получения отрицательной обратной связи будем использовать соответствующие способы её съема и ввода.

Одиночный резисторный каскад можно охватить параллельной отрицательной ОС по напряжению (рис. 7.3, а) и последовательной ООС по току (рис. 7.3, б). Параллельная ООС осуществляется за счет сопротивления RОС и конденсатора СОС. Напряжение с выхода каскада передается на его вход через делитель, состоящий из цепочки RОССОС и эквивалентного сопротивления, включенного между базой и землей RЭКВ. Это сопротивление образовано параллельным соединением сопротивлений RИ, RБ и h11 транзистора. Коэффициент передачи делителя на средних частотах

228

а

Рис. 7.4

Так как обратная связь является отрицательной, то в фазовой характеристике присутствует постоянный фазовый сдвиг, равный 1800. Годограф частот- но-фазовой характеристики коэффициента петлевого усиления для схем на рис. 7.3, построенный с учетом характеристик, изображенных на рис. 7.4, а, приведен на рис. 7.4, б. Как видно из графика, годограф расположен в левой полуплоскости и достаточно удален от точки с координатами 1,0. Это говорит о том, что теоретически опасность самовозбуждения схем (см. рис. 7.3) отсутст-

3

Рис. 7.5

На рис. 7.5 представлен усилитель, собранный на двух однотипных резисторных каскадах на биполярных транзисторах, включенных по схеме

230