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

(см. рис. 7.6, а). Транзистор VT3 входит в петлю обратной связи как эмиттерный повторитель, передающий сигнал на контакты 1' - 1'.

Таким образом, в обе петли ОС на рис. 7.8 входят три резисторных каскада, которые вносят на краях частотного диапазона дополнительный частотнозависимый фазовый сдвиг, стремящийся к ± 2700 .

Асимптотический наклон частотной характеристики петлевого усиления по краям частотного диапазона равен 18дБ/окт. Частотная и фазовая характеристики, а также годограф петлевого усиления для трехкаскадного усилителя, охваченного обратной связью, представлены на рис. 7.10, а, б. Как видно из графика, кривая годографа проходит в непосредственной близости от опасной точки (заходит за границу запаса устойчивости). Дальнейшее увеличение глубины обратной связи приведет к расширению годографа. При этом опасная точка может попасть внутрь частотно-фазовой характеристики коэффициента петлевого усиления и усилитель возбудится.

Возникает вполне естественный вопрос: какую максимальную глубину обратной связи можно использовать в трехкаскадном усилителе при условии сохранения устойчивости? Решение этой задачи наглядно продемонстрировано в [1]. Определим максимальное значение глубины обратной связи в трехкаскадном усилителе с ООС, который составлен из одинаковых резисторных каскадов. Анализ проведем для области высоких частот. В силу симметрии частотной характеристики такого усилителя анализ для области низких частот будет аналогичным. Коэффициент усиления одиночного резисторного каскада в области высоких частот был выведен ранее (4.33):

Фазовая характеристика одиночного резисторного каскада имеет вид

(4.34):

Отсюда

236

Коэффициент петлевого усиления для трехкаскадного усилителя, охваченного частотно-независимой отрицательной обратной связью, будет равен

Для самовозбуждения усилителя с ОС необходимо, чтобы имеющийся в петле отрицательной обратной связи фазовый сдвиг, равный 1800, уменьшился до 00 за счет вносимого каждым каскадом частотно-зависимого сдвига φ, а мо-

Введение запаса устойчивости заметно уменьшит эту величину. Запас устойчивости по фазе, равный 100 на каждый каскад, ограничит КП0 величиной

Необходимый запас устойчивости по модулю ( 2 2 = 2,83) еще уменьшит эту величину, и для максимальной глубины обратной связи получим

F =1 + 3,76 / 2,83 = 2,33 (7,35дБ). (7.17)

Как видим, возможная обратная связь получается не очень глубокой. При охвате петлей обратной связи более трех каскадов возможная глубина ОС окажется еще меньше.

237

7.4. Методы увеличения глубины обратной связи в многокаскадных

усилителях

Одним из простейших способов получения глубокой обратной связи в многокаскадном усилителе является использование в петле ОС каскадов с разными граничными частотами. В качестве примера рассмотрим работу трехкаскадного усилителя с общей ОС в области высоких частот. Будем считать, что один из каскадов имеет значительно более низкую (в 1030 раз) верхнюю граничную частоту, чем два других f1 << f2 = f3. Порядковый номер каскада роли не играет.

Частотная и фазовая характеристики коэффициента петлевого усиления, соответствующего предложенным выше условиям, для устойчивого усилителя (с запасом устойчивости по модулю m = -9дБ и по фазе φ = 300) представлены на рис. 7.11. Для наглядности используются линеаризированные характеристики.

Из этого рисунка видно, что частотная характеристика коэффициента петлевого усиления продолжается на уровне КП0 до граничной частоты f1 каскада с наименьшей полосой пропускания. Ниже пунктиром представлена частотная характеристика для второго и третьего каскадов. После частоты f1 К& П

уменьшается с постоянной скоростью –6дБ/окт до частоты fa, на которой коэффициент петлевого усиления достигает значения, равного необходимому запасу устойчивости по модулю 1/m = 1/2,82 (-9дБ). Дальнейшее снижение КП обусловлено ходом частотных характеристик всех трех каскадов и происходит со скоростью -18дБ/окт.

На нижнем графике на рис. 7.11 представлена фазовая характеристика К& П . При частотно-независимой обратной связи каскад с наиболее узкой полосой вносит за частотой f1 фазовый сдвиг, стремящийся к -900. Основное изменение фазовой характеристики происходит вблизи частоты f1. Уже при увеличении текущей частоты в 7 раз по отношению к f1 фазовый сдвиг будет отличаться от 900 меньше, чем на 10 %. Таким образом, уже на сравнительно небольшом удалении от частоты f1 фазовую характеристику можно представить горизонтальной линией, проходящей на уровне 900. Вблизи частот f2,f3 два других каскада вносят свои дополнительные частотно-зависимые фазовые сдвиги.

238

Коэффициент усиления первого каскада на частоте fa равен

Теперь коэффициент петлевого усиления, равный (с учетом необходимого запаса устойчивости для трехкаскадного усилителя с ОС) на частоте fa 1/m = 1/2,82, будет иметь вид

Отсюда получаем наибольшее значение коэффициента петлевого усиле-

ния

Используя выражения (7.11), заменим в (7.21) fa на f2 и получим для КП0

Как следует из (7.23), уже при отношении f2/f1, равном 30, можно увеличить глубину обратной связи до 19,3дБ.

На практике очень часто добиваются сужения полосы пропускания одного из каскадов путем введения частотно-зависимой отрицательной обратной связи по напряжению, параллельной по входу. На рис. 7.9, а такая связь осуществляется с помощью емкости СОС3. В соответствии с эффектом Миллера СОС3

240