następny punkt »


1. Układy wzmacniaczy ze sprzężeniem zwrotnym

Definicja 10.1. Sprzężeniem zwrotnym nazywane jest uzależnienie działania na pewne zjawisko od zmian zachodzących w tym zjawisku.

Należy rozumieć to jako oddziaływanie skutku na przyczynę, wywołująca ten skutek. W układach wzmacniających może to być wpływ wartości sygnału wyjściowego na parametry wzmacniacza.

Ogólny schemat blokowy układu ze sprzężeniem zwrotnym pokazano na rys. 10.1. Zamknięcia pętli sprzężenia, wokół pewnego układu podstawowego, dokonano przez wydzielenie węzła, z którego pobierany jest sygnał wyjściowy, układu sprzężenia zwrotnego zamieniającego sygnał wyjściowy na sygnał zwrotny i układu porównania, w którym sygnał zwrotny jest sumowany z sygnałem wejściowym.

Rys.10.1. Schemat blokowy układu ze sprzężeniem zwrotnym

Rozpatrując działanie układów ze sprzężeniem zwrotnym zakładamy, że układem podstawowym jest wzmacniacz o wzmocnieniu

     (10.1)     

gdzie: Y jest sygnałem wyjściowym wzmacniacza, a Xin - sygnałem wejściowym wzmacniacza (może to być napięcie, prąd lub moc). Przyjmujemy, że poszczególne bloki nie obciążają się wzajemnie, a sygnał przechodzi przez nie tylko w jedna stronę, czyli przez wzmacniacz z lewa na prawo, a przez układ sprzężenia zwrotnego - odwrotnie z prawa na lewo.

Sygnał wyjściowy jest przetwarzany na sygnał zwrotny Xf w układzie sprzężenia zwrotnego, który jest opisany transmitancją b

     (10.2)     

W układzie porównywania sygnał zwrotny dodaje się do sygnały wejściowego X i tworzy sygnał doprowadzany do wejścia wzmacniacza

     Xin = X + Xf(10.3)     

Wielkością interesującą użytkownika układu jest stosunek sygnałów wyjściowego i wejściowego, czyli wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym

     (10.4)     

Podstawiając do (10.4) zdefiniowane wcześniej wyrażenia otrzymuje się

     (10.5)     

gdzie: k - wzmocnienie układu z otwartą pętlą sprzężenia zwrotnego

kb - wzmocnienie (otwartej) pętli sprzężenia zwrotnego.

W ogólnym przypadku, zarówno wzmacniacz jak i układ sprzężenia zwrotnego wzmacnia amplitudę sygnałów i równocześnie wprowadza przesuniecie fazowe, zatem wzmocnienie wzmacniacza i transmitancja układu sprzężenia zwrotnego wyraża się wielkościami zespolonymi:

     (10.6)     

Wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym (10.5) przyjmuje zatem postać

     (10.7)     

W szczególnym przypadku, gdy suma przesunięć fazowych

     f = j + y (10.8)     

wprowadzanych przez układ sprzężenia i wzmacniacz jest równa całkowitej wielokrotności 2p, wzmocnienie efektywne układu wynosi

     (10.9)     

Sygnał zwrotny Xf trafia wówczas do wejścia układu w tej samej fazie co sygnał wejściowy X. Następuje sumowanie amplitud obydwu sygnałów, co powoduje zwiększenie wzmocnienia układu ze sprzężeniem zwrotnym. Sprzężenie tego typu nazywane jest dodatnim.

Szczególnie interesujący jest przypadek, gdy wzmocnienie otwartej pętli sprzężenia zwrotnego bk®1. Wówczas wzmocnienie kf dąży do wartości nieskończonej. Wzmacniacz o wzmocnieniu nieskończonym to układ, który wytwarza sygnał na wyjściu mimo braku sygnału wejściowego (generuje drgania). Sprzężenie zwrotne dodatnie jest więc wykorzystywane do budowy generatorów.

W przypadku gdy suma przesunięć fazowych w układzie jest nieparzystą wielokrotnością p, sygnał Xf trafia na wejście wzmacniacza w fazie przeciwnej do fazy sygnału X i odejmuje się od niego. Takie sprzężenie nazywamy sprzężeniem ujemnym. Wzmocnienie systemu wynosi wtedy

     (10.10)     

Sprzężenie tego typu powoduje zmniejszenie wzmocnienia. Mimo to jego wpływ na parametry układu jest tak korzystny, że stosuje się je powszechnie we współczesnych rozwiązaniach układów elektronicznych. Wpływ ten zostanie omówiony w dalszej części wykładu.

W zakresie układów elektronicznych, w zależności od rodzaju wzmacniacza i sposobu połączeń wzmacniacza i układu sprzężenia zwrotnego możliwe są cztery typy sprzężeń zwrotnych:

Rys. 10.2 Sprzężenia napięciowe szeregowe i równoległe

Rys. 10.3. Sprzężenia prądowe szeregowe i równolegle


 następny punkt »