УСТОЙЧИВОСТЬ РЕЗОНАНСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.

 

Под устойчивостью усилителей понимается его способность сохранять свои параметры при наличии паразитной обратной связи, способной привести к возбуждению (генерации) усилителя.

В резонансных усилителях имеются следующие виды паразитных связей:

а) связь каскадов через общую цепь питания (устраняется применением развязывающих фильтров в цепи питания в каждом каскаде).

б) емкостная и магнитная связь между входом и выходом одного или нескольких каскадов (устраняется экранированием контуров в каждом каскаде и рациональным расположением деталей схемы).

в) внутренняя связь в усилительном приборе (связь ослабляется при уменьшении коэффициента усиления каскада).

Эквивалентная схема каскада с обратной связью представлена на рис.3.5.1.

 

Усилительн. прибор

                                                                    

          Z_ос

о

                                                                      U_вых       

                                                               Z_н

Uвх  Z_вх

 

                                                                      

                                                                 

                                                                              

                               Рис.3.5.1.

В данной схеме z₂- комплексное сопротивление контура, z₁- комплексное входное сопротивление транзистора (УП), z₁₂-сопротивление внутренней обратной связи, У₂₁- крутизна транзистора (УП) в рабочей точке.

Пусть УП является полевой транзистор с параметрами: z₂=z₁=z, У₂₁=S, z₁₂=-

Коэффициент усиления каскада К_ос с учетом обратной связи равен:

                               К_ос =

Здесь К-коэффициент усиления усилителя без обратной связи К=  ;

       -коэффициент переда обратной связи;

      К-петлевое усиление

Для данной схемы К=|У₂₁|z₂=S z , практически z₁₂ z₁

Петлевое усиление К

Коэффициент усиления каскада с обратной связью равен:

                      К_ос=

Условием возбуждения является равенство знаменателя 0, при этом

Рассмотрим сопротивление контура z

Z =  ,

где R_k –эквивалентное сопротивление контура при резонансе,

- обобщенная расстройка контура, равная .

Определим чему равно z²:

Z²=

При условии, что

Условие возбуждения предполагает, что

Умножаем обе части равенства на S, тогда с учетом, что К=SR_k, получим

 или

В общем случае  , где b₁₂-мнимая часть проводимости обратной связи У₁₂.

Физическая сущность условия возбуждения каскада состоит в следующем:

если , то 2 = - или

Из этого выражения следует, что возбуждение усилительного каскада происходит на частоте, лежащей на границе левой границы полосы пропускания рис.3.5.2.

 

 

К

 

 

 

 

                                        f₀                                   f  

 

                                 рис.3.5.2

 

Следует помнить, что увеличение коэффициента усиления каскада приводит к изменению параметров транзистора, а именно, возрастают паразитные емкости и уменьшаются проводимости этого элемента. Эти изменения приводят к изменению результирующей емкости и результирующей проводимости контура. По мере увеличения усиления каскада максимум резонансной характеристики смещается в сторону уменьшения f₀, полоса пропускания уменьшается и при смещении на величину  происходит возбуждение усилителя.

Количественной оценкой влияния положительной обратной связи на коэффициент усиления каскада является коэффициент устойчивости К_у, который характеризует отношение коэффициента усиления каскада без обратной связи к коэффициенту усиления каскада при положительной обратной связи.

при К_у=1 отсутствует обратная связь                                  при К_у =0 усилитель становится генератором.

Параллельная обратная связь влияет на величину входной проводимости транзистора У_вх =У₁₁(1-К , где  обратной связи. Входная проводимость изменяет затухание контура предыдущего каскада и, следовательно, полосу пропускания.

Коэффициент устойчивости характеризует уменьшение полосы пропускания контура предыдущего каскада при наличии положительной обратной связи.

 К_у =  , где П_ос и П- полосы пропускания входного контура при действии положительной связи и отсутствии этой связи.

Обычно уменьшение полосы пропускания на 10-20 % соответствует К_у=0.9-0.8

Чтобы каскад усилителя не возбуждался, надо, чтобы усиление каскада было меньше предельного усиления. Такой величиной считается коэффициент устойчивого усиления К_уст, равного по Сифорову

Для получения большей величины К_уст следует выбирать транзисторы с наибольшим отношением  , а для ламп и биполярных транзисторов .

Если рассчитанный коэффициент усиления больше К_уст, то надо увеличить емкость контура, чтобы не произошло возбуждение.

Паразитную внутреннюю обратную связь в транзисторе нельзя убрать, но в некоторых случаях ее можно нейтрализовать, если параллельно цепи обратной связи включить электрическую цепь, состоящую из резистора с проводимостью g_э и емкостью С_э, равные соответственно проводимости g₁₂ и C_к транзистора. Суммарная проводимость дополнительной цепи У_{12 доп}=-(g_э+ С_э) . Знак минус в суммарной проводимости полагает поворот фазы .

Применение нейтрализации носит ограниченный характер, т.к.параметры транзистора g₁₂ и С_к зависят от частоты. Если g₁₂ мала, то можно применять только емкость С_к.