Результаты

- Введение обратной связи является широко распространенным способом создания динамических систем с заданными частотными или импульсными характеристиками.

- Различают системы с положительной и отрицательной обратными связями.

- Введя в усилитель отрицательную обратную связь, можно создать систему с высокой стабильностью коэффициента усиления.

- Отрицательная обратная связь уменьшает уровень нелинейных искажений, возникающих из-за нелинейности вольт-амперных характеристик активных элементов.

- Применение отрицательной обратной связи дает возможность за счет снижения уровня усиления расширять полосу пропускания усилителя.

- Для анализа устойчивости малых колебаний в системах с обратной связью используют критерии устойчивости. Наиболее распространены критерии устойчивости Рауса — Гурвица и Найквиста.

- Активные -фильтры являются частотно-избирательными устройствами, не содержащими индуктивных элементов.

- При введении в усилитель положительной обратной связи возможно возникновение неустойчивости. Если в подобном устройстве содержится колебательная система, то неустойчивый усилитель с положительной обратной связью является автогенератором гармонических колебаний.

- ДЛЯ генерирования гармонических колебаний в низкочастотной области находят применение не содержащие колебательных контуров.

- Установившаяся амплитуда колебаний в автогенераторе определяется видом нелинейной характеристики электронного прибора, входящего в автогенератор.

- Различают устойчивые и неустойчивые стационарные режимы автогенераторов, а также жесткий и мягкий режимы самовозбуждения.

Вопросы

1. Сформулируйте принцип классификации обратных связей в динамических системах. Возможен случай, когда в одной и той же системе обратная связь на одной частоте будет положительной, а на другой — отрицательной?

2. Перечислите некоторые технические применения отрицательной обратной связи в усилительных устройствах.

3. Какова особенность частотных характеристик усилителя, охваченного обратной связью с запаздыванием?

4. Приведите формулировки критериев устойчивости Рауса — Гурвица и Найквиста.

5. Перечислите характерные свойства операционных усилителей.

6. Почему соединение выхода операционного усилителя с его неинвертирующим входом приводит к неустойчивости усилителя?

7. Изобразите принципиальные схемы масштабного усилителя и аналогового интегратора, построенных на базе операционного усилителя.

8. Имеется экспериментальный макет автогенератора с трансформаторной связью. Автогенератор не возбуждается, несмотря на то, что собран из заведомо исправных деталей. С чего следует начать налаживание такого устройства?

9. Изобразите принципиальные схемы автогенераторов, собранных по схемам индуктивной и емкостной трехточек.

10. Зависит ли частота автоколебаний, генерируемых ЯС-автогенератором, от коэффициента усиления активного звена?

11. Каково условие самовозбуждения автогенератора с внутренней обратной связью?

12. Как определяется понятие средней крутизны электронного прибора?

13. В чем заключается принципиальное отличие мягкого и жесткого режимов самовозбуждения автогенератора?

14. Как, зная вольт-амперную характеристику нелинейного активного элемента, определить границу между мягким и жестким режимами самовозбуждения?

Задачи

1. В системе с обратной связью основной элемент имеет коэффициент усиления не зависящий от частоты. Цепь обратной связи имеет постоянный коэффициент передачи Какой (положительной или отрицательной) является обратная связь в данной системе?

2. Усилительное устройство имеет независящий от частоты коэффициент усиления . При изменении внешних условий, например температуры окружающей среды, наблюдается значительное изменение коэффициента что Для стабилизации параметров системы решено использовать отрицательную обратную связь. Выберите величину 0, при которой нестабильность коэффициента усиления снизится в 10 раз, т. е. Каково при этом значение коэффициента усиления системы с замкнутой обратной связью?

3. Покажите, что в усилителе, собранном по схеме существует отрицательная обратная связь с параметром

Указание. Введите вспомогательное напряжение v между базой и эмиттером (см. рис.) и учтите, что переменная составляющая тока эмиттера

4. Найдите коэффициент усиления напряжения эмиттерного повторителя:

Крутизна характеристики S транзистора считается известной.

5. Одноступенчатый усилитель с резистивно-емкостной нагрузкой имеет активное сопротивление нагрузки . Паразитная емкость подключенная к коллектору транзистора, равна 50 пФ. Крутизна характеристики транзистора В цепь эмиттера включен резистор обратной связи (см. условие задачи 3). Найдите граничные частоты усиления при наличии и при отсутствии отрицательной обратной связи.

6. Используя критерий Рауса — Гурвица, исследуйте устойчивость мвлых колебаний в динамических системах, списываемых характеристическими уравнениями вида:

7. Используя критерий Найквнста, исследуйте устойчивость системы с запаздывающей обратной связью (см. рис. 14.4).

Указание. При построении годографа используйте безразмерную частотную переменную Цель исследования — найти предельно допустимое значение произведения

8. С помощью критерия Найквиста исследуйте устойчивость замкнутой системы содержащей два идеальных усилительных элемента с коэффициентами усиления напряжения каждый.

9. Найдите передаточную функцию системы:

Предположите, что операционный усилитель на всех частотах имеет постоянный вещественный коэффициент усиления напряжения Входное сопротивление усилителя со стороны инвертирующего и ненивертирующего входов неограниченно велико; выходное сопротивление пренебрежимо мвло.

10. Аналоговый интегратор, собранный на операционном усилителе (см. рис. 14.8), имеет следующие параметры: . Усилитель питается от источника с напряжением 12 В. На вход интегратора подается сигнал . Вычислите сигнал на выходе и определите, через какой промежуток времени выходное напряжение достигнет уровня напряжения источника питания.

11. Синтезируйте активный -фильтр нижних частот с чебышевской характеристикой порядка при следующих исходных данных:

12. В автогенераторе с трансформаторной связью (см. рис. 14.11) колебательный контур настроен на частоту Параметры контура: . Дифференциальная крутизна характеристики транзистора Определите критическое значение коэффициента взаимоиндукции М, обеспечивающее самовозбуждение системы.

13. -автогенератор (см. рис. 14.13) генерирует гармонические колебания на частоте 250 Гц. Выберите параметры устройства, обеспечивающие указанную частоту колебаний.

14. Характеристика транзистора аппроксимирована двумя отрезками прямых:

Постройте график зависимости средней крутизны от амплитуды высокочастотного напряжения V, полагая, что напряжение смещения .

15. Автогенератор гармонических колебаний собран по схеме

Использован транзистор с характеристикой, приведенной в задаче 14. Параметры автогенератора: . Определите стационарную амплитуду автоколебаний.

16. В автогенераторе, схема которого приведена в условии предыдущей задачи, напряжение смещения выбрано равным 0.25 В. Покажите, что система будет работать в жестком режиме самовозбуждения.

17. В автогенераторе с трансформаторной связью применен электронный прибор, у которого зависимость средней крутизны от управляющего напряжения V (В) аппроксимирована многочленом 2-й степени

где Колебательный контур генератора имеет параметры: Определите, при каком минимальном значении коэффициента взаимоиндукции в системе возникнут автоколебания. Вычислите амплитуду в стационарном режиме, если Проанализируйте, как зависит стационарная амплитуда автоколебаний от добротности колебательного контура.

Более сложные задания

18. Покажите, что система с обратной связью, изображенная на рис. 14.1, может быть описана бесконечным соотношением вида

связывающим изображения входного и выходного сигналов. Исследуйте вопрос об эквивалентности такого представления и формулы (14.2). Рассмотрите трактовку процессов в системе с обратной связью как циркуляцию сигналов по петле обратной связи.

19. Построив амплитудно-фазовую характеристику, исследуйте с помощью критерия Найквиста устойчивость трехзвенного усилителя с резистивно-емкостными нагрузками, предполагая, что выход системы непосредственно соединен с ее входом.

20. Исследуйте условия самовозбуждения автоколебаний в -генераторе, собранном по схеме

Найдите выражение для расчета генерируемой частоты.

21. Покажите, что передаточная функция, отвечающая полосовому фильтру, реализуется схемой цепи вида