- •«Национальный исследовательский
- •I. Основы АнАлоговой электроники
- •1. Задачи, решаемые электронной техникой, и элементы, необходимые для их решения
- •1.1. Электрические сигналы. Временное и спектральное представление
- •1.2. Усиление электрических сигналов
- •1.3. Модуляция сигналов
- •1.3.1. Амплитудная модуляция
- •1.3.2. Импульсно-кодовая модуляция
- •1.3.3. Широтно-импульсная модуляция
- •А б Рис. 1.19. Компаратор: а – схема; б – временные диаграммы при шим1.4. Фильтрация сигналов
- •1.5. Хранение и отображение информации
- •1.6. Преобразование электрической энергии
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты первой главы
- •2. Математический аппарат описания электронных элементов
- •2.1. Описание нелинейных элементов
- •2.2. Линеаризация нелинейных уравнений
- •2.3. Частотный анализ линеаризованных цепей
- •2.4. Временной анализ линеаризованных цепей
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты второй главы
- •3. Полупроводники – основа современной элементной базы электроники
- •3.1. Преимущества полупроводниковых элементов перед электровакуумными
- •3.2. Физические основы электропроводности полупроводников
- •3.3. Электропроводность беспримесного (собственного) полупроводника
- •3.4. Электропроводность примесных полупроводников
- •3.4.1. Донорная примесь
- •3.4.2. Акцепторная примесь
- •3.6. Инерционностьp-n-перехода
- •3.6.1. Зарядная емкостьp-n-перехода
- •3.6.2. Диффузионная емкость
- •3.7. Пробой p-n-перехода
- •3.7.1. Тепловой пробой
- •3.7.2. Электрический пробой
- •3.8. Математическая модельp-n-перехода
- •3.9. Переходметалл – полупроводник
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты третьей главы
- •4. Многопереходные электронные элементы
- •4.1. Полупроводниковые триоды (биполярные транзисторы)
- •4.2. Активный режим работы биполярного транзистора
- •4.3. Статические характеристики биполярного транзистора для активного режима
- •4.4. Инерционность биполярного транзистора
- •4.5. Пробой коллекторного перехода
- •4.7. Нелинейная модель биполярного транзистора
- •4.8. Линеаризованная модель биполярного транзистора
- •4.9. Ключевой режим биполярного транзистора
- •4.10. Полевые транзисторы
- •4.11. Полевые транзисторы с управляющимp-n-переходом
- •4.12. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.13. Ключевой режим работы полевых транзисторов
- •4.14. Тиристоры
- •4.15. Элементы оптоэлектроники
- •4.15.1. Управляемые источники излучения
- •4.15.2. Фотоприемники
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты четвертой главы
- •5. Основы теории электронных усилителей
- •5.1. Общие положения
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.2. Обратная связь в усилительных устройствах
- •5.2.1. Влияние обратной связи на коэффициент усиления.
- •5.2.2. Влияние обратной связи на нестабильность усилителя
- •5.2.3. Влияние обратной связи на нелинейные искажения и шумы усилителя
- •5.2.4. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя
- •5.2.5. Устойчивость усилителей с обратной связью
- •5.2.6. Коррекция частотных характеристик для обеспечения устойчивости усилителя
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.3. Принципы построения усилительных каскадов
- •5.3.1. Цепи задания и стабилизации режима покоя
- •5.3.2. Элементы связи усилительных устройств
- •К Рис. 5.34. Оптическая связь онтрольные вопросы и задания
- •5.4. Операционные усилители
- •5.4.1. Модели оу
- •5.4.2. Масштабирующий инвертирующий усилитель
- •5.4.3. Масштабирующий неинвертирующий усилитель
- •5.4.4. Суммирующий усилитель
- •5.4.5. Вычитающий усилитель
- •5.4.6. Интегрирующий усилитель
- •5.4.7. Нелинейные функциональные преобразователи сигналов
- •Контрольные вопросы и задания
- •5.5. Усилители мощности
- •5.5.1. Линейные усилители мощности
- •5.5.2. Усилители мощности ключевого типа
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты пятой главы
- •6. Автогенераторы
- •Основные результаты шестой главы
- •7. Источники вторичного электропитания электронных устройств
- •7.1. Классическая схема вторичного источника (без преобразования частоты сети)
- •7.2. Функциональные элементы вторичных источников электропитания
- •7.2.1. Преобразователи переменного напряжения
- •7.2.2. Стабилизаторы постоянного напряжения
- •7.3. Вторичные источники с преобразованием частоты сети
- •Vd Схема упр.
- •Vd Схема упр. Ul
- •Контрольные вопросы и задания
- •Основные результаты седьмой главы
- •II. Основы цифровой электроники
- •1. Введение
- •2. Логические функции
- •2.1. Логические функции и способы их представления
- •2.2. Основы алгебры логики
- •2.2.1. Функция не
- •2.2.2. Функция или
- •2.2.3. Функция и
- •2.3. Логические элементы и-не, или-не
- •2.3.1. Элемент и-не (штрих Шеффера)
- •2.3.2. Элемент или-не (стрелка Пирса)
- •2.4. Синтез логических устройств
- •2.5. Выбор системы логических элементов
- •2.6. Минимизация логических функций
- •Контрольные вопросы и задания
- •3. Характеристики и параметры логических элементов, основы схемотехники
- •3.1. Логические уровни, нагрузочная способность
- •3.2. Логические элементы с тремя состояниями
- •3.3. Быстродействие логических элементов
- •3.4. Помехоустойчивость логических элементов
- •3.5. Число входов логических элементов
- •3.6. Специальные типы логических элементов. Логические элементы с открытым коллектором
- •3.6.1. Расширители числа входов
- •3.6.2. Схема согласования уровней
- •3.6.3. Логический элемент с разрешением по входу
- •Контрольные вопросы и задания
- •4. Цифровые устройства комбинационного типа
- •4.1. Преобразователи кодов, шифраторы, дешифраторы
- •4.2. Мультиплексоры
- •4.3. Сумматоры
- •4.4. Цифровые компараторы
- •Контрольные вопросы и задания
- •5. Последовательностные цифровые устройства
- •5.1. Триггеры
- •5.1.5. Триггер Шмитта
- •5.2. Цифровые счетчики импульсов и делители частоты следования
- •5.2.1. Двоичные счетчики
- •5.2.2. Недвоичные счетчики
- •5.3. Регистры
- •Контрольные вопросы и задания
- •6. Генераторы импульСныхСигналов
- •6.1. Автогенераторы прямоугольных импульсов (мультивибраторы)
- •6.2. Ждущий (заторможенный) режим генераторов
- •6.3. Интегральные таймеры
- •6.4. Генераторы линейно изменяющегося напряжения (тока)
- •Контрольные вопросы и задания
- •7. УстройствасОпРяжЕнияцифровых и аналоговых систем
- •7.1. Цифроаналоговые преобразователи
- •7.2. Аналого-цифровые преобразователи
- •7.2.1. Ацп последовательного приближения
- •7.2.2. Ацп параллельного типа
- •7.2.3. Ацп интегрирующего типа
- •Контрольные вопросы и задания
- •8. Введение в микропроцессорную технику
- •8.1. Арифметическо-логические устройства
- •8.2. Полупроводниковые запоминающие устройства
- •8.3. Программируемые логические интегральные матрицы
- •8.4. Интерфейсные устройства
- •Контрольные вопросы и задания
- •Приложение справочные данные интегральных схем
- •Литература
- •Оглавление
5.2.4. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя
Влияние обратной связи на входное сопротивлениеусилителя определяется способом подачи сигнала обратной связи на управляющие зажимы усилителя. Если напряжения сигнала обратной связи и управляющего сигнала включены последовательно друг с другом, то такая связь называетсяпоследовательной(рис. 5.13).
Рис. 5.13. Расчетная схема усилителя с последовательной ООС
Здесь цепь обратной связи представляется в виде ЭДС обратной связи U2xx, где , и выходного сопротивления цепи обратной связиR.Приведенные ниже соотношения справедливы для малых фазовых сдвигов в петле обратной связи. Входное сопротивление усилителя при ООС (когда мгновенные значения управляющего напряженияU1и ЭДС обратной связи имеют одинаковую полярность) по определению равно
;
ток во входном контуре равен
Подставляя сюда значения U2 = U1K, U1=I1Rвх, получаем
,
откуда
Rвх ос=Rвх (1+Kхх)+R . (5.11)
Входное сопротивление усилителя с последовательной ООС больше, чем у исходного усилителя в F раз.
Физически увеличение входного сопротивления достигается уменьшением входного тока
за счет резкого уменьшения управляющего напряжения при введении ООС.
Если же к входным зажимам усилителя с обратной связью подключено сопротивление, потенциал на зажимах которого не меняется при введении обратной связи (сопротивление Rна рис. 5.13), то влияние его на входное сопротивление не зависит от наличия или отсутствия обратной связи.
Так, например, при наличии Rдаже при бесконечной глубине ООС входное сопротивление не может быть больше, чемR:
По определению коэффициенты обратной и прямой связи равны
.
Согласно рис. 5.9
. (5.12)
Из (5.12) следует, что при последовательной ООС значение , а следовательно и глубинаобратной связи зависят от значения внутреннего сопротивления источника сигнала Rc. ПриRc=(или обрыве входной цепи) последовательная обратная связь исчезает. Это обстоятельство необходимо учитывать при определении параметров усилителя с последовательной ООС. Если сигнал обратной связи подается параллельно управляющим зажимам, то такая связь называетсяпараллельной (рис. 5.14).
Здесь .
По определению .
Рис. 5.14. Расчетная схема усилителя с параллельной обратной связью
Ток во входной цепи равен сумме тока, протекающего через управляющие зажимы Iʹ1и тока в цепи обратной связиIʹʹ1:
I1= Iʹ1 + Iʹʹ1.
Для того чтобы связь была отрицательной, необходимо, чтобы мгновенное значение управляющего напряжения и ЭДС обратной связи были в противофазе, что отражено введением знака «–» при ЭДС обратной связи. Определим значения токов Iʹ1 иIʹʹ1:
В результате несложных преобразований можно получить
(5.13)
Входное сопротивление усилителя с параллельной ООС меньше, чем у исходного усилителя.Очевидно, что при глубокой ООС, когда (1+Kхх), входное сопротивление при параллельной ООС стремится к нулю.
Физически уменьшение входного сопротивления происходит из-за большой величины тока в цепи обратной связи, определяемого высокой разностью потенциалов, приложенных к R.
Воспользовавшись уже известным определением
,
получим значение коэффициента обратной и прямой связи при параллельной ООС
. (5.14)
Из (5.14) следует, что параллельная ООС исчезает при Rс=0.
На величину выходного сопротивления усилителя влияет способ съема сигнала обратной связи в выходной цепи.
Если напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению, т. е. исчезает при закорачивании выходных зажимов, то это обратная связь по напряжению(рис. 5.15).
Рис. 5.15. Расчетная схема усилителя с ООС по напряжению
По определению ,
U2xx=KxxU1xx=Kxx(Ec – U2xx),
откуда после преобразования получим
в результате имеем
. (5.15)
Из (5.15) следует, что выходное сопротивление усилителя с ООС по напряжению меньше, чем у исходного усилителя в Fxx раз.
Это происходит за счет того, что при холостом ходе обратная связь достигает максимального, а выходное напряжение минимального значения. В режиме же короткого замыкания обратная связь исчезает, что приводит к увеличению выходного тока.
Если напряжение обратной связи пропорционально выходному току, то есть исчезает при разрыве выходной цепи, то это обратная связь по току(рис. 5.16). Здесь обязательным элементом цепи обратной связи является сопротивлениеRос, выполняющее роль преобразователя выходного тока в напряжение обратной связи.
Рис. 5.16. Расчетная схема усилителя с ООС по току
Цепь обратной связи с коэффициентом передачи отражает передачу напряжения, снимаемого сRос, к управляющим зажимам
.
Определим выходное сопротивление при обратной связи по току
;
U2xx=KxxU1xx=KxxEc;
После преобразований получаем
;
(5.16)
Из (5.16) следует, что выходное сопротивление усилителя с ООС по току больше, чем у исходного усилителя.
Однако во многих случаях в усилителе имеется некоторая внутренняя нагрузка R, подключенная к выходным зажимам. При ее наличии отключение внешней нагрузкиRнне приводит к образованию чистого режима холостого хода. В результате выходное сопротивление становится равным
и в любом случае не может быть больше R.
Это обстоятельство обязательно необходимо учитывать при расчете параметров усилителя с ООС по току. Поскольку по определению
,
а введенное ранее значение выражено через выходной ток, то, с учетом очевидного равенства (см. рис. 5.16) , получаем , откуда .