Transcript ELEKTRONIKA_W04

SPRZĘŻENIE ZWROTNE
Sprzężenie zwrotne
W układach elektronicznych sprzężenie zwrotne polega na przekazywaniu części
sygnału wyjściowego (sygnał zwrotny) z wyjścia układu na jego wejście, gdzie sumuje się on z
sygnałem wejściowym, zmieniając właściwości układu.
Xwe

Xr
TOR WZMOCNIENIA
Xwy
Współczynnik sprzężenia zwrotnego:
K

Xs
Sygnał
sprzężenia
zwrotnego
TOR SPRZĘŻENIA
ZWROTNEGO
Wzmocnienie wzmacniacza bez sprzężenia:
ß
K
Wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym:
Kf 
X wy
X we
K
Kf 
1  K
Xs
X wy
K
X wy
X we  X s

X wy
X r  X s  X we
Xr
X wy
X we  X wy
K
Kf
1  K f

X wy
X we
X
X we
  wy
X we
X we
Sprzężenie zwrotne
K
Kf 
1  K
Sprzężenie zwrotne zmienia wartość wzmocnienia:
1.
|1-ßK| > 1 to
|Kf| < |K| następuje zmniejszenie wzmocnienia – sprzężenie ujemne
2.
|1-ßK| < 1 to
|Kf| > |K| następuje zwiększenie wzmocnienia – sprzężenie dodatnie
3.
|1-ßK| ≈ 0 to
wzmacniacz będzie generował drgania (generator ze sprzężeniem zwrotnym)
Jeżeli: K jest b. duże to:
Kf 
1

o parametrach układu decyduje człon sprzężenia zwrotnego
Sprzężenie zwrotne
Rodzaj i właściwości sprzężenia zwrotnego zależą od:
•
sposobu pobierania sygnału z wyjścia
1. Sprzężenie napięciowe – sygnał zwrotny proporcjonalny do napięcia wyjściowego
2. Sprzężenie prądowe – sygnał zwrotny proporcjonalny do prądu wyjściowego
•
sposobu dostarczania sygnału na wejście
1. Sprzężenie szeregowe – sygnał sprzężenia wprowadzany jest szeregowo z sygnałem wejściowym
2. Sprzężenie równoległe – sygnał sprzężenia wprowadzany jest równolegle z sygnałem wejściowym
Sprzężenie zwrotne
NAPIĘCIOWY - SZEREGOWY
Rg
Eg
Iwe
Uwe
PRĄDOWY - SZREGOWY
Iwy
Ku
Us
Iwy
Iwe
Uwy
RL
Ig
Gg
Ki
Uwe
Is
Is
ßu
Us
NAPIĘCIOWY - RÓWNOLEGŁY
Rg
Eg
Iwe
Ku
RL
Ig
Gg
Ki
Is
ßu
RL
Iwy
Uwe
Is
Us
Uwy
ßi
Iwe
Uwy
RL
PRĄDOWY - RÓWNOLEGŁY
Iwy
Uwe
Uwy
Us
ßi
Sprzężenie zwrotne
WE WZMACNIACZACH STOSUJE SIĘ GŁÓWNIE UJEMNE SPRZĘŻENIE ZWROTNE
Sygnał sprzężenia zwrotnego XS ma fazę przeciwną niż sygnał wejściowy Xwe
Sygnał sterujący wzmacniaczem Xr = Xwe – XS jest mniejszy od Xwe
WAŻNIEJSZE ZALETY UJEMNEGO SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO:
•Zmniejszenie wrażliwości układu na zmiany parametrów elementów, warunków zasilania,
czynników zewnętrznych
•Zmniejszenie zniekształceń nieliniowych, zakłóceń, szumów
•Możliwość zwiększenia pasma przenoszenia wzmacniacza i kształtowania charakterystyk
częstotliwościowych
•Możliwość zmiany impedancji wejściowej i wyjściowej
Zalety te są okupione:
• zmniejszeniem wzmocnienia
• zmniejszeniem stabilności układu w pewnych zakresach częstotliwości
Sprzężenie zwrotne
Szeregowe ujemne sprzężenie zwrotne:
• zmniejsza wzmocnienie napięciowe
K uf 
• nie zmniejsza wzmocnienia prądowego
K if
• powoduje wzrost impedancji wejściowej
Ku
1   u Ku
Z wef  Z we (1  u Ku )
Równoległe ujemne sprzężenie zwrotne:
• zmniejsza wzmocnienie prądowe
K if 
• nie zmniejsza wzmocnienia napięciowego
K uf
• zmniejsza impedancję wejściową
Z wef 
Napięciowe ujemne sprzężenie zwrotne:
• zmniejsza impedancję wyjściową
Z wyf 
Ki
1  i Ki
Z we
1   i Ki
Z wy
1   u Ku
Prądowe ujemne sprzężenie zwrotne:
• powoduje wzrost impedancji wyjściowej
Zwyf  Zwy (1  i Ki )
Ujemne sprzężenie zwrotne
SPRZĘŻENIE
Parametr
NAPIĘCIOWE
PRĄDOWE
SZEREGOWE
RÓWNOLEGŁE
SZEREGOWE
RÓWNOLEGŁE
Ku
maleje
bez zmian
maleje
bez zmian
Ki
bez zmian
maleje
bez zmian
maleje
Zwe
wzrasta
maleje
wzrasta
maleje
Zwy
maleje
maleje
wzrasta
wzrasta
WZMACNIACZE OPERACYJNE
Wzmacniacz operacyjny
WZMACNIACZ OPERACYJNY – wzmacniacz prądu stałego o sprzężeniach bezpośrednich,
charakteryzujący się b.dużym wzmocnieniem i przeznaczony z reguły do pracy z zewnętrznym obwodem
sprzężenia zwrotnego (właściwości tego obwodu decydują w głównej mierze o właściwościach całego układu).
+Ucc
Wejście
odwracające
_
Większość WO posiada:
Wyjście
Wejście
nieodwracające
• symetryczne (różnicowe) wejścia,
• niesymetryczne wyjście
+
- Ucc
Konwencja oznaczeń:
1.
Wszystkie sygnały (parametry) wejściowe są z indeksem „I”
np. UI , II , RI ...
(wejście = input)
2.
Wszystkie sygnały (parametry) wyjściowe są z indeksem „O”
np. Uo , Io , Ro ...
(wyjście = output)
3.
Wszystkie sygnały (parametry) różnicowe są z indeksem „d”
np. Ud , , RId ...
(różnica = difference)
4.
Wszystkie sygnały (parametry) wspólne są z indeksem „c”
np. Uc , , RIc ...
(wspólny = common)
Wzmacniacz operacyjny
AuUd
UI –
Sygnał doprowadzany
między wejścia WO jest
sygnałem różnicowym
UI+
Napięcie wyjściowe jest
proporcjonalne sygnału
różnicowego, czyli do
różnicy napięć wejściowych
Uo  Au U I   U I    Au U d
Idealny wzmacniacz operacyjny
Właściwości idealnego wzmacniacza operacyjnego:
•nieskończenie duże wzmocnienie napięciowe przy otwartej pętli
sprzężenia zwrotnego: Au 
•nieskończenie duża wejściowa impedancja zarówno różnicowa jak i
pomiędzy każdym wejściem i masą: RI  
•impedancja wyjściowa równa zeru: Ro  0
•nieskończenie szerokie pasmo przenoszenia częstotliwości: f 
•napięcie wyjściowe równe zeru przy równych napięciach
wejściowych: Uo = 0 gdy UI+=UI•zerowy prąd wejściowy: II+=II-=0
•nieskończenie duży dopuszczalny prąd wyjściowy: Io  
•nieskończenie duże tłumienie sygnału współbieżnego: CMRR  
Sygnały wejściowe
_
Sygnał różnicowy
+
Sygnał sumacyjny
(współbieżny, wspólny, nieróżnicowy)
•niezmienność parametrów pod wpływem temperatury.
Oczywiście wszystkie te właściwości nie są osiągalne ale upraszczają analizę wzmacniaczy
i stanowią wyznacznik do osiągania najlepszych parametrów produkcyjnych
wzmacniaczy.