Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Электроника

СПОСОБЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ  Просмотрен 7

 

Целью работы является исследование различных способов обеспечения устойчивости усилителей с общей отрицательной обратной связью (ООС), на базе которых реализуются многие аналоговые электронные устройства (усилители постоянного и переменного тока, активные фильтры, стабилизаторы напряжения и тока и т. д.). При этом для анализа устойчивости усилителей используются логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) и критерий устойчивости Найквиста в терминах ЛАЧХ. Экспериментальные исследования проводятся на базе учебной лабораторной станции виртуальных приборов NI ELVIS.

Общие сведения

По критерию устойчивости Найквиста усилитель с общей ООС устойчив, если на частоте среза fср , где модуль его петлевого усиления |T ( jf )| равен единице, абсолютное значение дополнительного фазового сдвигаφТ ( f )по контуру обратной связи меньше 180° (рассматриваются минимально-фазовые системы, устойчивые в разомкнутом состоянии). Для минимально-фазовой системы существует однозначное соответствие между ЛАЧХ (( f )= 20 lg|T(jf)|) и фазовой частотной характеристикой (ФЧХ) φТ ( f ), а именно: если наклон ЛАЧХ составляет ±20 дБ/дек, то фазовый сдвиг φТ ( f ) стремится к ±90°; если наклон ЛАЧХ составляет ±40 дБ/дек, то фазовый сдвиг стремится к ±180° и т. д. Поэтому для устойчивости усилителя с общей ООС, как правило, необходимо, чтобы наклон ЛАЧХ петлевого усиления ( f ) в районе частоты среза fср не превышал -40 дБ/дек. Если необходимо обеспечить значительный запас устойчивости усилителя по фазе (∆φ = 180° - |φТ ( fср )| >30…50°), то целесообразно, чтобы в районе частоты fср, наклон ЛАЧХ ( f ) составлял -20 дБ/дек.

Следует отметить, что в данной лабораторной работе нужно снять и исследовать значительное число ЛАЧХ и ФЧХ усилителей, что наиболее выигрышно раскрывает возможности визуализации такого прекрасного прибора как «Анализатор Боде». Однако реальный частотный диапазон этого прибора составляет 5…35000 Гц, а проблемы высокочастотной неустойчивости усилителей, как правило, возникают на частотах 0,1…100 МГц. Что делать? Выход состоит в том, чтобы в лабораторной работе изложить способы обеспечения устойчивости усилителей инвариантно к частотному диапазону, а схемотехнические примеры, их иллюстрирующие, перевести с использованием RC–цепей и интегральных операционных усилителей в частотный диапазон «Анализатора Боде» (физическое моделирование).

На рис.

1.1, а приведена функциональная схема исследуемого усилителя, состоящего из двух усилительных подсхем 2. Усилитель устойчив в разомкнутом состоянии, и задачу обеспечения устойчивости целесообразно решать только при его работе с цепью глубокой ООС. Для анализа устойчивости усилителя необходимо располагать информацией о ЛАЧХ подсхем 2. Они построены таким образом, что коэффициент передачи по напряжению подсхемы 1соответствует апериодическому звену второго порядка, а коэффициент передачи подсхемы 2— апериодическому звену первого порядка:

,

. (1.1)

При этом коэффициент передачи всего усилителя определяется соотношением:

,

, , .(1.2)

В соответствии с выражениями (2.1), (2.2) на рис. 2.1, бприведены ЛАЧХ (LUi ( f ) = 20;lg |KUi ( jf )|; fi = 1/2πτi, i =1, 2,3) и ФЧХ φi ( f ) для подсхем DA1, DA2и для всего нескорректированного усилителя (характеристики 1; 2 и 3соответственно). Из рассмотрения характеристики 3 очевидно, что в районе частоты среза fсрнаклон ЛАЧХ всего усилителя составляет -60 дБ/дек и абсолютное значение фазового сдвига превышает 180°. Следовательно, если в данный усилитель ввести глубокую ООС, то он будет неустойчив. Далее рассматриваются различные способы обеспечения устойчивости усилителя (см. рис. 1.1, а) с цепью общей ООС.

 

а

б

Рис. 1.1

Предыдущая статья:литературы Следующая статья:Уменьшение глубины обратной связи усилителя
page speed (0.0131 sec, direct)