Виды обратных клапанов для воды и их применение. Большая энциклопедия нефти и газа
Лекция 5
Обратная связь и ее назначение в усилительных устройствах
Понятие обратной связи и ее назначение в усилительных устройствах
Обратной называется связь, при которой происходит передача сигнала (напряжения, тока) из выходной цепи усилителя во входную. В усилительных устройствах обратная связь используется для уменьшения искажений и повышения стабильности усиления и режима работы усилительного элемента. Как видно из рисунка в узле 1 складываются сигналы, поступающие от источника сигнала и с выхода усилителя. Если фазы этих сигналов совпадают, то общая амплитуда возрастает по сравнению с амплитудой как в узле 1, так и в узле 2, а такой вид обратной связи называется положительным.
Обратная связь называется частотно-независимой, если сопротивление или коэффициент передачи напряжения или тока цепи обратной связи не зависит от частоты. Под местной ОС понимают ОС охватывающую один каскад усилителя, а под общей − ОС охватывающую весь усилитель или несколько каскадов. По способу передачи тока или напряжения с выхода на вход существует 4 вида обратной связи.
Основные параметры, характеризующие обратную связь
U 0 ,I 0 – напряжение и ток на входе усилителя без учета ОС;
U 1 ,I 1 – напряжение и ток на входе усилителя с учетом ОС;
U 2 ,I 2 – напряжение и ток на выходе усилителя;
U oc ,I oc – напряжение и ток обратной связи.
Коэффициент передачи без обратной связи
.
Коэффициент обратной связи
,
.
Петлевое усиление
,
.
Фактор обратной связи
,
.
Фактор обратной связи при разомкнутой цепи в нагрузке
.
Фактор обратной связи при разомкнутой цепи источника сигнала
.
Последовательная ОС по току
Этот вид ОС является самым распространенным видом. При этом виде связи четырехполюсники K и включаются этажно. Иначе этот тип ОС называется ОСZ -типа.
,
,
при условии, что
,
,
.
ОС имеет максимальную эффективность, и подключение цепи ОС не оказывает влияния на условия работы.
;
;
;
;
или, что то же самое
;
;
;
;
.
В резистивном каскаде последовательная ООС по току осуществляется цепочкой R э,С э в каскаде на биполярном транзисторе, илиR н,С н в каскаде на полевом транзисторе. При этом принципиальная схема не отличается от схемы обычного резистивного каскада, за исключением того, что емкостьС э илиС н выбирается таким образом, чтобы придать каскаду требуемые свойства.Y э =G э +pC э;С э выбирается небольшим таким, чтобы на низких и средних частотах он не шунтировалR э. Следовательно, на низких и средних частотах в каскаде действует активная ОС по току, уменьшающая усиление. На высоких частотах сказывается шунтирующее действие конденсатора, что приводит к уменьшению глубины ОС, что в свою очередь несколько компенсирует спад усиления на высоких частотах и расширяет полосу пропускания каскада. Поэтому цепочкаR э,С э осуществляет коррекцию частотных характеристик в области ВЧ.
Последовательная ОС по напряжению
При такой ОС четырехполюсники K иK ос соединяются этажно параллельно. Эта обратная связь называется обратной связьюh -типа.
,
,
при условии, что
,
,
.
ОС имеет максимальную эффективность и подключение цепи ОС не оказывает влияния на условия работы, далее аналогично, как при ОС z -типа.
,
,
,
,
.
Из данных соотношений очевидно, что последовательная ОС по напряжению уменьшает выходное сопротивление, коэффициент усиления по напряжению и сквозной коэффициент усиления, сохраняет неизменным коэффициент усиления по току и увеличивает входное сопротивление.
Параллельная ОС по току
При данном виде обратной связи четырехполюсники прямой и обратной передачи соединяются параллельно-этажно. Такая ОС называется обратной связью f- типа.
,
,
,
,
,
,
,
.
Из рассмотренных соотношений видно, что параллельная обратная связь по току уменьшает входное сопротивление, коэффициент усиления по току и сквозной коэффициент усиления, увеличивает выходное сопротивление, сохраняет неизменным коэффициент усиления по напряжению.
Параллельная обратная связь по напряжению
Для данного вида обратной связи, как и в предыдущих примерах, можно определить схемные функции.
,
,
,
,
.
Многоканальные местные обратные связи
На рис. 6. показаны многоканальные местные обратные связи: а – последовательная,б – параллельная.
Влияние обратной связи на характеристики усилителя
Амплитудная характеристика представляет зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного напряжения. При ООС по напряжению последовательного вида, действующих на входах и выходах усилителя и цепи ОС, можно записать:
U вх =U 1 +U ос
U вых =f (U 1) – амплитудная характеристика цепи без ОС,
U
oc =
U
вых – амплитудная
характеристика цепи ОС линейная, если
цепь ОС состоит только из пассивных
элементов.
U вых =f (U вх) – амплитудная характеристика усилителя с ОС.
Соотношение
позволяет графически найти амплитудную
характеристику усилителя с ОС по
амплитудной характеристике усилителя
без ОС. Для этого на одном графике,
представленном на рис. 7, строятся
амплитудные характеристики усилителя
без ОС (сплошная линия) и цепи с ОС
(пунктирная линия). Затем задаются
значениями U
oc =
U
вых
и находят соответствующие значенияU
вх =U
1 +U
ос.
Повторяя эту процедуру многократно, по точкам получаем искомую амплитудную характеристику усилителя с ОС. Как видно из рисунка, амплитудная характеристика усилителя с ОС получается суммированием линейной характеристики цепи ОС с нелинейной характеристикой усилителя без ОС. Суммарная характеристика имеет существенно большую линейность. Это позволяет при тех же значениях выходного напряжения обеспечить меньший уровень нелинейных искажений.
Приближенную количественную оценку влияния ос на нелинейные искажения можно найти в предположении, что сам усилитель линеен, а нелинейные искажения обусловлены действием внешнего источника гармоник, амплитуда которых определяется только уровнем выходного напряжения. В этом случае нелинейные искажения уменьшаются обратной связью во столько раз, во сколько раз падает при введении ОС усиление устройства:
Приближенность такого рассмотрения состоит в том, что не учитывается вторичное искажение сигнала гармоник при прохождении по контуру ОС.
Такие
же выводы можно сделать о влиянии ОС на
любой источник шумов, фона и.д. Если
источник находится в цепи усилителя,
охваченного ООС, то эффект от его
действия на выходе усилителя уменьшается
в
раз.
Зависимость коэффициента усиления и фазового сдвига от частоты обусловлена наличием в усилителе реактивных элементов. Применение ОС способствует расширению полосы пропускания частот и снижению частотных искажений в пределах этой полосы.
Расширение полосы равномерного усиления способствует уменьшению фазового сдвига и переходных искажений.
С
помощью ОС удается в значительной
степени снизить внутренние помехи на
выходе усилителя. Допустим, что источник
ЭДС расположен где-либо в средней части
схемы усилителя, и что коэффициенты
усиления от входа и до этой ЭДС, и от
этой ЭДС до выхода усилителя равны
соответственно K
1 е
иK
2 ,
причемK
е
=K
1 е
K
2 .
Усилитель усиливает ЭДС помехи вK
2
раз, а коэффициент передачи по цепи
ОС равен
,
при этом возвратное отношение оказывается
таким же, как и для ЭДС на входе, т.е..
Следовательно, напряжение помехи на
выходе ослабляется в цепи обратной
связи так же, как и сигнал, т.е. в число
раз, равное ее глубине. Поскольку ОС
ослабляет в равной степени и сигнал, и
помеху, то отношение сигнал/шум при
действующей ОС остается прежним. Но
если при введении ОС с глубинойF
одновременно повысить амплитуду сигнала
на входе, то отношение сигнал/шум при
этом повысится вF
раз. Однако
отношение сигнал/шум такого вида, как
тепловой шум источника, сигналы или
шумы во входной цепи усилителя, не
удается повысить, применяя ОС. Введение
ОС позволяет уменьшить нелинейные
искажения, возникающие в усилителе.
Физически это определяется тем, что
посторонние составляющие выходного
напряжения или тока – гармоники и
комбинационные частоты – по цепи ОС
попадают на вход усилителя и снова
попадают на выход, но уже в противофазе.
При небольших исходных коэффициентах
гармоник усилитель допустимо считать
линейным, и тогда гармоники и комбинационные
частоты изменяются так же, как и внутренние
помехи при сохранении одного и того же
значения сигнала на выходе. Это значит,
что при одном и том же значении сигнала
на выходе при отсутствии и действии ОС
коэффициент гармоник окажется меньше
в число раз равное глубине ОС. В
практических схемах часто встречается
не один вид обратной связи, а комбинации
различных видов. Обратными связями
могут охватываться как отдельные
каскады, так и группы каскадов и усилитель
в целом. Применение обратных связей
может привести в некоторых случаях к
самовозбуждению усилителя, что является
нежелательным явлением, поэтому особую
актуальность имеют вопросы обеспечения
устойчивости при охвате усилителей
обратной связью. Для анализа устойчивости
усилителей с обратной связью применяют
либо алгебраические, либо частотные
критерии устойчивости. На практике
наиболее широко используется частотный
критерий Найквиста, позволяющий проводить
экспериментальную проверку устойчивости
усилителя.
Cтраница 1
Виды обратной связи в усилителях различаются по способу подключения четырехполюсника обратной связи ко входу и выходу усилителя.
Виды обратных связей не ограничиваются рассмотренными.
Виды обратной связи принято классифицировать по знаку коэффициента обратной связи. Обычно различают четыре вида обратной связи: положительную, отрицательную, комплексно-положительную и комплексно-отрицательную.
Виды обратной связи разделяются по способу получения напряжения обратной связи и по способу подачи сигнала обратной связи на вход усилителя.
Виды обратных связей, значения коэффициентов усилителей в системе управления выбираются исходя из динамических и точностных показателей.
Какие виды обратной связи выбираются в регулируемых электроприводах с применением полупроводников и дросселей насыщения и почему.
Какие виды обратных связей применяются в усилителях.
Какие виды обратных связей применяются в автоматизированном ЭП.
Замкнутый контур, образуемый цепью обратной связи и частью схемы усилителя, к которой эта цепь присоединена, называют петлей обратной связи. Если в усилителе имеется только одна петля обратной связи, связь называют одно-петлевой или одноканальной (рис. 2.9, а ), если петель несколько, ее называют много петлевой или многоканальной (рис. 2.9, б и в ). Связь, охватывающую один каскад усилителя, нередко называют местной обратной связью (рис.2.9, в ).
Рисунок 2.9 – Виды обратной связи: а – однопетлевая,
б – двухпетлевая с независимыми петлями, в – многопетлевая с одной петлей
Цепь обратной связи можно присоединить к входу и выходу схемы разными способами. Если цепь обратной связи присоединить к выходу схемы параллельно нагрузке, то напряжение обратной связи будет пропорционально напряжению на нагрузке; такую обратную связь называют обратной связью по напряжению (рис. 2.10, а ). Если же цепь обратной связи присоединить к выходу устройства последовательно с нагрузкой, напряжение обратной связи будет пропорционально току в нагрузке, и обратную связь называют обратной связью по току (рис. 2.10, б ). Если в схеме осуществлена комбинация обоих способов (рис. 2.10, в ), связь называют комбинированной по выходу или смешанной по выходу обратной связью.
Рисунок 2.10 – Способы снятия обратной связи:
а – по напряжению, б – по току, в – смешанная по выходу ОС
К входу устройства цепь обратной связи также можно подключить тремя способами: последовательно с источником сигнала (рис. 2.11, а ), параллельно ему (рис. 2.11, б ) и смешанным способом (рис. 2.11, в ); в первом случае связь называют последовательной обратной связью, во втором – параллельной обратной связью, и в последнем – комбинированной по входу или смешанной по входу обратной связью.
Рисунок 2.11 – Способы введения обратной связи:
а – последовательная, б – параллельная, в – смешанная по входу ОС
Обратную связь называют положительной (ПОС), если ее напряжение находится точно в фазе с напряжением сигнала, подводимым ко входу устройства, и складывается с последним, увеличивая таким образом напряжение сигнала на входе. Если же напряжение обратной связи находится точно в противофазе с входным, а следовательно, вычитается из него, уменьшая сигнал на входе, обратную связь называют отрицательной ООС. При сдвиге фаз между напряжением обратной связи и входным напряжением, отличающимся как от 0°, так и от 180°, обратную связь называют комплексной.
Если цепь обратной связи не содержит реактивных сопротивлений (индуктивностей, емкостей), а поэтому отношение напряжения обратной связи на выходе цепи к напряжению на ее входе от частоты не зависит, обратную связь называют частотно-независимой; если же цепь обратной связи содержит реактивные сопротивления и указанное отношение напряжений зависит от частоты, связь называют частотно-зависимой.
Структурные схемы основных типов обратной связи и примеры соответствующих принципиальных схем приведены на рис. 2.12.
Рисунок 2.12 – Структурные схемы основных типов обратной связи и примеры соответствующих принципиальных схем:
а – последовательная по напряжению (эмиттерный повторитель); б – последовательная по току; в – параллельная по напряжению; г – смешанная обратная связь
Обратная связь – это вербальные и невербальные сообщения, которые человек намеренно или ненамеренно посылает в ответ на сообщения другого.
Действия человека, в которых обнаруживается его способность слышать, именно в силу их «реактивного» (то есть реагирующего на стимул) характера создают саму возможность обратной связи, а все рассмотренные выше факторы, улучшающие эту способность или препятствующие ей, непосредственно влияют на содержание обратной связи.
Среди видов обратной связи выделяют оценочную и безоценочную обратную связь.
Оценочная обратная связь – сообщение своего мнения, своего отношения к тому, о чем идет речь.
Оценки могут быть положительными («здорово это у тебя получается») или отрицательными («ну что за чушь ты несешь»). Позитивная оценочная обратная связь выполняет функцию поддержки «Я-концепции» нашего партнера и сложившихся с ним межличностных отношений.
Негативная оценочная обратная связь выполняет корректирующую функцию, направленную на устранение нежелательного поведения, изменение или модификацию наших отношений.
Структура оценочной обратной связи предполагает использование оборотов, которые указывают на то, что речь идет о собственном мнении человека: «мне кажется», «я думаю», «на мой взгляд». Если такие обороты отсутствуют, а оценка высказана вполне определенно и открыто, то высказывание приобретает статичный характер, часто воспринимается как грубость или хамство и вызывает у собеседника психологическую защиту. Из-за этого отношения становятся напряженными или даже разрушаются их. Сравним высказывания:
«Мне кажется, это не так» и «Какая глупость!»;
«По-моему, ты была чересчур резкой» и «Ну ты и грубиянка»;
«Думаю, ты слишком зависишь от нее» и «Тряпка».
Безоценочная обратная связь - вид обратной связи, который не содержит нашего отношения к обсуждаемому вопросу. Мы используем ее, когда хотим больше узнать о чувствах человека или помочь ему сформулировать мысли по конкретному поводу, при этом прямо не вмешиваясь в действия собеседника. Эти цели достигаются посредством таких приемов, как уточнение, перефразирование, прояснение, эмпатия. Оба вида связи находят своё выражение как в нерефлексивном, так и в активном (рефлексивном) слушании.
26. Контексты межличностного взаимодействия
Межличностное взаимодействие инструментально-технологическая сторона общения; взаимные действия участников общения, направленные на соотнесение целей каждой из сторон и организацию их достижения в процессе общения.
Определив ситуацию, люди начинают выстраивать позиции, позволяющие им достичь своих целей в заданных обстоятельствах. Соотношение позиций, пристройка к позициям друг друга или «проверка их на прочность» – еще один важный структурный аспект межличностного взаимодействия, который может быть проанализирован в пространственных терминах. Можно утверждать, что условием межличностного взаимодействия является формирование пространства такого взаимодействия. Как это происходит, будет рассмотрено во втором параграфе данной главы.
Уровни взаимодействия предполагают соответствующие процедуры (или механизмы) его реализации, иначе говоря, владение «сценариями» поведения в определенной ситуации. Какова их природа и чем они отличаются друг от друга – этим вопросам посвящен третий параграф данной главы.
Если мы хотим понять смысл и содержание взаимодействия между людьми, нам требуется знание контекста происходящего. Рассмотреть поведение человека в определенном контексте означает поместить его в такие рамки, в которых оно приобретает более или менее однозначный смысл. Отсутствие таких рамок сбивает человека с толку, не позволяет ему сориентироваться в ситуации. Между людьми нередко возникают диалоги следующего рода:
«Ну наконец-то вы появились. – А что, собственно, произошло?» или
«Как вам такое могло прийти в голову?! – А что вы имеете в виду?» и т. п.
Подобные примеры иллюстрируют поиск одним из собеседников контекста, который позволил бы ему выбрать линию последующего поведения.
Обращение к контексту выполняет по меньшей мере две задачи в межличностном взаимодействии. Для наблюдателя – это условие объяснения того, что происходит между людьми, почему именно так, а не иначе общаются индивиды; для действующего лица – это возможность формирования собственного отношения к происходящему, выбора способов поведения, адекватных определенной ситуации, то есть возможность соотнесения действия и ситуации.
Обратная связь (ОС) – процесс передачи сигнала из выходной цепи во входную. ОС называют отрицательной , если её сигнал вычитается из входного, и положительной , если сигнал ОС суммируется с входным. Местной ОС называют ОС, охватывающую отдельные части усилителя, общей ОС называют ОС, охватывающую весь усилитель. В усилителях в основном используют отрицательную обратную связь (ООС). Рассмотрим усилитель, охваченный ОС (рис. 63).
Пусть – коэффициент усиления основного усилителя (общий коэффициент усиления до введения ОС),– коэффициент передачи устройства ОС (коэффициент ОС). Предположим, что обратная связь – отрицательная. Тогда напряжение сигнала ОС:
.
После введения ООС
Отсюда общий коэффициент усиления после введения ООС:
при
значительном
.
(6)
Основной вывод – устройство с глубокой ООС имеет характеристики, зависящие практически только от цепи обратной связи, а не от основной цепи при значительном .
Из выражения (6) следует, что результирующий коэффициент усиления после введения ООС становится меньше. Может показаться, что введение ООС – глупая затея, которая приведёт лишь к уменьшению коэффициента усиления. Именно такой отзыв получил Гарольд С. Блэк, который в 1928 г. попытался запатентовать ООС: "К нашему изобретению отнеслись так же, как к вечному двигателю". В чём же польза ООС?
Рассмотрим
пример. Пусть имеем усилитель, у которого
при изменении частоты от
докоэффициент усиления меняется от 100 до
10000 (рис. 64). После введения ООС с
коэффициентом
в соответствии с выражением (6) коэффициент
усиления на разных частотах составит
на
частоте
на частоте
В этом примере ООС стабилизирует коэффициент усиления и расширяет полосу пропускания. С помощью ООС улучшают качественные характеристики усилителей за счёт снижения результирующего коэффициента усиления.
Виды обратной связи
Обратная связь классифицируется:
1) по фазе сигнала обратной связи :
а) положительная;
б) отрицательная;
2) по способу подачи во входную цепь :
а) последовательная по входу (рис. 65, а );
б) параллельная по входу (рис. 65, б ).
Рис. 65. Схемы подачи ОС во входную цепь |
3) по выходу :
а) обратная связь по напряжению (рис. 66, а ), когда сигнал ОС пропорционален напряжению выходной цепи;
б) обратная связь по току (рис. 66, б ), когда сигнал ОС пропорционален току выходной цепи.
Тема 14. Операционные усилители Общие сведения
Операционный усилитель (ОУ) – это дифференциальный усилитель постоянного тока с очень большим (10 5 -10 6) коэффициентом усиления и несимметричным выходом. Название "операционный" он получил в связи с первоначальным применением для выполнения различных операций с аналоговыми сигналами (суммирование, вычитание, интегрирование и т.д.). ОУ выполняются в виде аналоговой интегральной микросхемы. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора, реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Поэтому ОУ почти полностью вытеснили отдельные транзисторы в качестве элементов схем ("кирпичиков") во многих областях аналоговой схемотехники.
Условные
обозначения ОУ приведены на рис. 67, а
,
б
.
Вход, напряжение на котором сдвинуто
по фазе на 180 0
относительно выходного напряжения,
называется инвертирующим
(обозначен знаком инверсии "○
"
на рис. 67, а
).
Вход, напряжение на котором совпадает
по фазе с выходным напряжением, –
неинвертирующий
.
Для питания ОУ обычно используют два
разнополярных источника
и
(как правило, ± 15 В), позволяющие получить
выходной потенциал, равный в состоянии
покоя нулю.
Идеальный ОУ обладает следующими свойствами:
1) коэффициент
усиления по напряжению равен бесконечности
(на рис. 67,а
обозначено "
");
2) бесконечное
входное сопротивление
;
3) нулевое
выходное сопротивление
;
4)
при
;
5) бесконечная ширина полосы пропускания (отсутствие задержки при прохождении сигнала через усилитель).
ОУ никогда не используются без ОС, при этом результирующие характеристики устройства на базе ОУ зависят только от цепи ОС. Промышленностью выпускаются сотни типов ОУ. В качестве примера рассмотрим устройство ОУ LF411 фирмы National Semiconductor. Как и все ОУ, он представляет собой крошечный элемент, размещенный в миниатюрном корпусе мини-DIP с двухрядным расположением выводов (на рис. 68 показано соединение с выводами корпуса).
|
Рис. 68. Соединение ОУ LF411 с выводами корпуса (вид сверху) |
ОУ LF411 – это кристалл кремния, содержащий 24 транзистора (21 биполярный и 3 полевых), 11 резисторов и 1 конденсатор. Точка на крышке корпуса и выемка на его торце служат для обозначения точки отсчета при нумерации выводов. В большинстве корпусов электронных схем нумерация выводов осуществляется в направлении против часовой стрелки со стороны крышки корпуса. Выводы "установка нуля" (или "баланс", "регулировка") служат для устранения небольшой асимметрии, возможной в операционном усилителе.
Рассмотрим основные правила, определяющие работу ОУ, охваченного ОС.
1. ОУ
потребляет очень небольшой входной ток
(например, ОУ LF411 потребляет 0,2 нА; ОУ со
входами на полевых транзисторах –
порядка пикоампер), поэтому можно
считать, что входы ОУ ток не потребляют
(
).
2. С помощью цепи ОС напряжение из выходной цепи во входную подаётся таким образом, чтобы разность напряжений между входами стремилась к нулю.