חישוב מגברים עם משוב. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

חישוב מגברים עם משוב. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / חובב רדיו מתחיל

משוב נמצא בשימוש נרחב במגברים. מערכת ההפעלה מאפשרת לשפר משמעותית את הפרמטרים שלהם, ובמקרים מסוימים ליצור מכשירים חדשים המבוססים על מגברים - טריגרים, גנרטורים וכו'. מעגל כללי של מגבר עם משוב מוצג באיור. 55.

חישוב מגברים עם משוב

אות הכניסה Uc ואות המשוב Uoc מוזנים למוסיף A1 ולאחר מכן למגבר A2 עם מקדם שידור Ko (בדרך כלל Kc>>1). האות מהמוצא של המגבר Uo עובר דרך מעגל המשוב עם מקדם שידור p (בדרך כלל p <<1), ויוצר אות משוב Uoc. תחילה נניח שלא המגבר ולא מעגל המשוב מציגים שינויי פאזה. לאחר מכן, במקרה של סיכום אותות ב-A1, נוכל לכתוב Uo = (Uc + UoC)Ko. באותו זמן, Uoc = βUo. בהחלפה, נמצא את הרווח של המכשיר כולו K:

Uo = UC.Ko(1-Koβ),

K = Uo/Uc = Ko/(1-Koβ).

אנו רואים שהרווח גדל וב-Koβ = 1 הוא הולך לאינסוף. וזה אומר עירור עצמי - המגבר הופך למחולל. סוג זה של מערכת הפעלה נקרא מערכת הפעלה חיובית (POS); הוא משמש לעתים קרובות ביצירת גנרטורים, רגנרטורים והתקנים דומים. זה כמעט אף פעם לא מתרחש במגברי תדר שמע (AF).

כעת בוא לא נעשה סיכום, אלא חיסור של אותות בצומת A1. החישובים נשארים זהים, אבל הסימנים בנוסחאות משתנים:

K = Uo/Uc = Ko/(1+Koβ).

מערכת ההפעלה הפכה לשלילית (NOS) וכעת מפחיתה את הרווח. נראה שזה החיסרון העיקרי שלה. עם זאת, הוא מפוצה במלואו על ידי תכונות שימושיות אחרות של ה-OOS, וקבלת רווח ראשוני גדול (Ko) במכשירי טרנזיסטור מודרניים אינה מהווה בעיה גדולה.

התכונה השימושית הראשונה של OOS היא הפחתת עיוותים לא ליניאריים. המשימה של המגבר היא לשחזר במוצא עותק מדויק של אות הכניסה, אך עם מתח ו/או הספק גבוהים יותר. ניתן לייצג את אות המוצא המעוות כסכום האות הבלתי מעוות ומוצרי העיוות. האחרונים אינם נמצאים באות הכניסה, אך הם מגיעים מהפלט לכניסה דרך מעגל משוב. ומכיוון שהוא שלילי, נראה כי תוצרי העיוות המגיעים מהקלט מפצים את עצמם, וחלקם באות המוצא יורד בחדות.

איכות שימושית נוספת של OOS היא הרמה והרחבה של תגובת התדר של המגבר. באותם תדרים שבהם הרווח גדול יותר, ההשפעה של המשוב השלילי הופכת גדולה יותר, מה שמפחית את שיא הרווח הזה. אם Koβ>>1, אז, כפי שניתן לראות מהנוסחה, K - 1/β.

על ידי בניית מעגל OOS בצורה של מחלק בלתי תלוי בתדר של שני נגדים, אנו מקבלים תגובת תדר שווה בטווח תדרים רחב.

ישנם גם יתרונות נוספים: אם אות ה-OOS מוסר מהמוצא של המגבר במקביל ומופעל על הכניסה בסדרה עם אות הכניסה (באנטי-פאזה איתו, כך שהחיסור מתבצע), אזי התנגדות הפלט של המגבר פוחת, והתנגדות הכניסה עולה.

זוהי תיאוריית מערכת ההפעלה הפרימיטיבית ביותר, כפי שבטח כבר ניחשתם, אשר מתכתבת מעט עם המציאות. מסתבר שאין משוב שלילי גרידא או חיובי גרידא בכל טווח תדרים רחב. יתר על כן, OOS בתדר מסוים יכול להפוך ל-PIC. זה יקרה אם המגבר יציג שינוי פאזה שמתקרב ל-180°, ואות המשוב נמצא בשלב עם הקלט. אם ההגבר מספיק, בתדר הזה המגבר יתלהט בעצמו והאמרה הישנה של רדיו חובבים תהיה נכונה: "כשאתה עושה מגבר, אתה מקבל גנרטור."

הביטויים שהבאנו נשארים נכונים, אבל עם אזהרה קטנה, אם כי משמעותית מאוד - יש צורך להחליף בהם פונקציות מורכבות של מקדמי ההעברה של המגבר עצמו Ko(jω) ומעגל המשוב β(jω). ואז התוצאה תהיה נכונה. הנוסחה האחרונה תיכתב כעת כך;

K(jω)=Ko(jω)/[1+β(jω)Ko(jω)].

הבה נסביר זאת באמצעות דוגמה פשוטה. שיהיה שלב מגבר טרנזיסטור עם רווח של 100 (איור 56).

חישוב מגברים עם משוב

לשם הפשטות, מעגלי ההטיה אינם מוצגים, אם כי ניתן בהחלט להשתמש במעגל מערכת ההפעלה הקיים להטיה. מקדם השידור המורכב של המגבר נקבע על ידי שרשרת RC, כאשר R נוצר על ידי חיבור מקביל של התנגדות העומס R1 והתנגדות מחלק מערכת ההפעלה R2 + R3:

R = R1 (R2 + R3)/(R1 + R2 + R3),

והקיבול C = C1 הוא הסכום של קיבול המוצא של הטרנזיסטור, קיבול ההרכבה והקיבול של הכבל הממוגן במוצא (אם יש). מקדם השידור הכולל של מגבר מדורג ומעגל RC נמצא כמוצר שלהם:

Ko(jω) = 100-1/(1 +jωRC).

אנו רואים כי החל מתדר מסוים ωс = 1/RC, מודול מקדם השידור יורד, וקצב הירידה שלו הוא פי 2 לכל עלייה כפולה בתדר, או 6 dB לאוקטבה. תגובת התדר (תלות של מודול מקדם השידור בתדר) של המגבר שלנו בסולם לוגריתמי מוצגת באיור. 57 עם קו דק.

חישוב מגברים עם משוב

הבה נסיר את אות המשוב מהיציאה של המגבר במקביל (ראה איור 56), ונחליש אותו עם מחלק עם מקדם שידור בלתי תלוי בתדר β=R3/(R2+R3)=0,09, נחיל אותו על הקלט בסדרה עם אות הכניסה. המשוב מתברר שלילי, מכיוון ששלב הטרנזיסטור הופך את האות. עם הפעלה זו, ה-OOS יוריד את התנגדות המוצא ויגדיל את התנגדות הכניסה של המגבר ב-1 + βKo, כלומר פי 10. מציאת מקדם השידור המורכב של מגבר עם OOS

K(jω) = Ko(jω)/[1+β(jω)Ko(jω)] = 100/(1 +jωRC)[ 1+9/(1 + jωRC)] = 10/(1 + jωRC*) ,

כאשר C* = C/10.

מה אנחנו רואים? הרווח ירד פי 10 והפך להיות שווה ל-10. אבל תדר החיתוך של תגובת התדר גדל פי 10, כלומר אותה הרחבה של רוחב הפס של המגבר. תצוגת גרף מודול | K(jω) | נשאר זהה, הוא מוצג כקו עבה באיור. 57. לא נצפו תופעות לא רצויות (עירור עצמי, שיאים בתגובת התדר) במגבר הפשוט הזה עם משוב שלילי.

זה עניין אחר כאשר מערכת הגנת הסביבה מכסה כמה אשדים. דוגמה למעגל מגבר מעשי המשתמש בשלושה טרנזיסטורים עם צימוד ישיר בין השלבים מוצגת באיור. 58.

חישוב מגברים עם משוב

שני הטרנזיסטורים הראשונים פועלים במצב שנקרא "מחסום", כאשר המתח בבסיס שווה למתח האספן ומסתכם ב-0,5...0,6 V. מצב זה מתאים למדי להגברת אותות קטנים. שלב המוצא (VT3) פועל במצב רגיל עם מתח קולט השווה למחצית מתח האספקה.

ייצוב המצב של כל שלושת השלבים מושג על ידי החלת OOS מהפלט לכניסה של המגבר דרך הנגד R4.

זה גם יוצר את זרם ההטיה הדרוש לבסיס הטרנזיסטור VT1. ה-OOS מסופק במקביל לאות הכניסה, כך שעכבת הכניסה של המגבר נמוכה.

עירור עצמי בתדרים גבוהים נצפה לעתים קרובות במגבר כזה. ניסיונות לחסל אותו על ידי הוספת קיבולים C1, C2, C3, ככלל, אינם מוצלחים - העירור מתחזק אף יותר, אם כי תדירות הייצור פוחתת. הסיבה נעוצה דווקא בקיבולים הללו, והקיבולים הבין-אלקטרודים של הטרנזיסטורים מספיקים לעירור. קיבול הקלט C4 גם מחמיר את המצב. נניח שלכל ארבע השרשראות R1C1-R4C4 יש אותו קבוע זמן. ואז בתדר החיתוך הם מעבירים את הפאזה ב-45° כל אחד, ובסך הכל ב-180°.

לפיכך, OOS בתדר החיתוך הופך ל-PIC! הנחתה של האות על ידי השרשראות בתדר החיתוך הוא רק 0.74 = 0,25, הנחתה גדולה למדי מוכנסת על ידי המחלק הנוצר על ידי הנגד R4 והתנגדות הכניסה של המפל בטרנזיסטור VT1, אך הרווח יכול להיות עשרות אלפים . גם אם ההגבר אינו מספיק לעירור עצמי, שיא מיותר לחלוטין מופיע בתדרים גבוהים יותר בתגובת התדר של מגבר עם משוב שלילי, כפי שמוצג באיור. 59.

חישוב מגברים עם משוב

שיא כזה יישאר בקבועי זמן שונים של כל מעגלי ה-RC (יש לבצע חישוב מדויק תוך התחשבות בחיבור המקביל של התנגדויות הכניסה של הטרנזיסטורים VT2, VT3 והנגדים R1, R2). זה יהיה בתדר שבו הסטת הפאזה הכוללת לאורך כל לולאת המגבר - מעגל המשוב מתקרב ל-180°.

איך להיפטר מהאפקט הלא נעים הזה? יש רק דרך אחת - להפוך את רווח הלולאה (מוצר Kor) לפחות מאחד בתדרים שבהם ה-OOS הופך ל-POS. כדי לעשות זאת, אתה יכול, למשל, להגדיל משמעותית את הקיבולת של C4. ובכך מוריד את תדר החיתוך של שרשרת R4C4, וכתוצאה מכך מקדם השידור שלה בתדרים גבוהים. אם shunting הקלט עם קיבול משמעותי הוא לא רצוי, אתה יכול לחבר נגד עם התנגדות של כמה קילו אוהם בסדרה עם C4 (ההתנגדות של R4 נמדדת בדרך כלל במגה אוהם).

במקרים מסוימים, נגד כזה יכול להיות התנגדות הפלט הנמוכה של מקור האות; קבל C4 במקרה זה הוא קבל מפריד. המגבר יהיה יציב כאשר מקור האות מחובר, אך יתרגש בעצמו כאשר הוא מנותק. עדיף אפילו לעשות נגד R4 משני מחוברים בסדרה, ולחבר קבל בעל קיבולת גבוהה בין נקודת החיבור שלהם לבין החוט המשותף.

קיימות גם שיטות מתוחכמות יותר לתיקון תדרים, למשל, שימוש ביחידות אינטגרליות פרופורציונליות (איור 60). ההתנגדות של הנגד R2 (איור 60,a) נבחרת פחותה פי כמה מההתנגדות של R1, ואז מקדם השידור, השווה לאחדות בתדרים נמוכים, יורד לערך R2/(R1 + R2) בתדרים גבוהים. הסטת הפאזה בתדירות הולכת וגדלה תחילה גדלה, ואז יורדת ומתקרבת לאפס בתדרים גבוהים מספיק. לקישור השני יש מאפיינים דומים (איור 60b), אך עכבת הכניסה שלו היא קיבולית במהותה ויורדת בתדרים גבוהים.

לסיכום, בואו נסתכל כיצד נפתרות בעיות יציבות במגברים תפעוליים (Op-amps), מכיוון שהם חייבים לאפשר פעולה עם 100% OOS (β = 1), והרווח שלהם Ko מגיע לעשרות ומאות אלפים. ככלל, הם מנסים להפוך את כל שלבי מגבר ההפעלה לפס רחב מאוד; רק שלב אחד (בדרך כלל זה נותן את הרווח המקסימלי) מתבצע בתדר חיתוך נמוך, לפעמים אפילו באמצעות קבלי תיקון תלויים (שימו לב לקבל C1 ב-Op. -מעגל מגבר של הפרק הקודם). במקרה זה, לתגובת התדרים של המגבר על פני טווח תדרים רחב מאוד יש שיפוע של 6 dB לאוקטבה (ראה איור 57), והסטת הפאזה אינה עולה על 90°.

שקלנו רק מגברים עם צימוד ישיר בין השלבים, מגבירים אותות בתדרים נמוכים באופן שרירותי, החל מזרם ישר. במגברים עם קבלי צימוד שגם להם תדר פס מעבר נמוך יותר, כאשר משוב מוכנס, ניתן להבחין בפסגות בתגובת התדר באזור התדר הנמוך. עירור עצמי במקרה זה מתבטא בצורה של "רעש מנוע", "טפטוף" וכו 'במקרה זה, יש צורך לחשב את משמרת הפאזה המוכנסת על ידי מעגלי RC המורכבים מקבלי צימוד והתנגדויות כניסה של השלבים הבאים. בכל מקרה, לא רצוי שתהיה יותר משרשרת אחת כזו בתוך לולאת מערכת ההפעלה.

אז, הבה ננסח את המסקנה העיקרית של האמור לעיל: מגברים עם משוב שלילי צריכים להיות מתוכננים כך שהרווח הלולאה יהיה פחות מאחד בתדרים שבהם הסטת הפאזה לאורך הלולאה עולה על 90 ומתקרבת ל-180°. הנושאים הנדונים נדונים ביתר פירוט, וברמה גבוהה הרבה יותר, במאמרו של ש' עיגב "שיקולי עיצוב עבור מגברי משוב נפוצים"ב"רדיו", 2003, מס' 4, עמ' 16-19. יש גם קישורים למקורות ראשוניים.

מחבר: V.Polyakov, מוסקבה

ראה מאמרים אחרים סעיף חובב רדיו מתחיל.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

מכונה לדילול פרחים בגנים 02.05.2024

בחקלאות המודרנית מתפתחת התקדמות טכנולוגית שמטרתה להגביר את היעילות של תהליכי טיפול בצמחים. מכונת דילול הפרחים החדשנית Florix הוצגה באיטליה, שנועדה לייעל את שלב הקטיף. כלי זה מצויד בזרועות ניידות, המאפשרות התאמתו בקלות לצרכי הגינה. המפעיל יכול להתאים את מהירות החוטים הדקים על ידי שליטה בהם מתא הטרקטור באמצעות ג'ויסטיק. גישה זו מגדילה משמעותית את יעילות תהליך דילול הפרחים, ומעניקה אפשרות להתאמה אישית לתנאים הספציפיים של הגינה, כמו גם למגוון וסוג הפרי הגדלים בה. לאחר שנתיים של בדיקת מכונת פלוריקס על סוגי פירות שונים, התוצאות היו מאוד מעודדות. חקלאים כמו Filiberto Montanari, שהשתמש במכונת פלוריקס כבר כמה שנים, דיווחו על הפחתה משמעותית בזמן ובעבודה הנדרשים לדלל פרחים. ... >>

מיקרוסקופ אינפרא אדום מתקדם 02.05.2024

למיקרוסקופים תפקיד חשוב במחקר המדעי, המאפשר למדענים להתעמק במבנים ותהליכים בלתי נראים לעין. עם זאת, לשיטות מיקרוסקופיה שונות יש מגבלות, וביניהן הייתה הגבלת הרזולוציה בעת שימוש בטווח האינפרא אדום. אבל ההישגים האחרונים של חוקרים יפנים מאוניברסיטת טוקיו פותחים סיכויים חדשים לחקר עולם המיקרו. מדענים מאוניברסיטת טוקיו חשפו מיקרוסקופ חדש שיחולל מהפכה ביכולות של מיקרוסקופיה אינפרא אדום. מכשיר מתקדם זה מאפשר לך לראות את המבנים הפנימיים של חיידקים חיים בבהירות מדהימה בקנה מידה ננומטרי. בדרך כלל, מיקרוסקופים אינפרא אדום בינוני מוגבלים ברזולוציה נמוכה, אך הפיתוח האחרון של חוקרים יפנים מתגבר על מגבלות אלו. לדברי מדענים, המיקרוסקופ שפותח מאפשר ליצור תמונות ברזולוציה של עד 120 ננומטר, שהיא פי 30 מהרזולוציה של מיקרוסקופים מסורתיים. ... >>

מלכודת אוויר לחרקים 01.05.2024

חקלאות היא אחד מענפי המפתח במשק, והדברה היא חלק בלתי נפרד מתהליך זה. צוות של מדענים מהמועצה ההודית למחקר חקלאי-המכון המרכזי לחקר תפוחי אדמה (ICAR-CPRI), שימלה, העלה פתרון חדשני לבעיה זו - מלכודת אוויר של חרקים המופעלת על ידי רוח. מכשיר זה מטפל בחסרונות של שיטות הדברה מסורתיות על ידי מתן נתוני אוכלוסיית חרקים בזמן אמת. המלכודת מופעלת כולה על ידי אנרגיית רוח, מה שהופך אותה לפתרון ידידותי לסביבה שאינו דורש חשמל. העיצוב הייחודי שלו מאפשר ניטור של חרקים מזיקים ומועילים כאחד, ומספק סקירה מלאה של האוכלוסייה בכל אזור חקלאי. "על ידי הערכת מזיקים מטרה בזמן הנכון, נוכל לנקוט באמצעים הדרושים כדי לשלוט הן במזיקים והן במחלות", אומר קפיל ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

טבק לחלל 10.11.2015

קשה לדמיין שעם כל הניסיונות להקל על חיי האסטרונאוטים בתחנת החלל הבינלאומית (כולל מכונת קפה מיוחדת שנמסרה לשם בשנה שעברה), מישהו יחשוב לשלוח מוצרי טבק לחלל. ועדיין, כפי שהראה תגלית לאחרונה של מדענים אוסטרלים מאוניברסיטת קווינסלנד לטכנולוגיה, טבק, או ליתר דיוק, הזן האוסטרלי העתיק שלו Nicotiana benthamiana, יכול להיות מאוד שימושי שם.

צמח זה שימש זמן רב על ידי מדענים ממדינות שונות למחקר על וירוסים וחיסונים, שכן לטבק Nicotiana benthamiana אין מערכת חיסונית. עם זאת, היעדרו הגביר משמעותית את יכולת ההישרדות של הצמח. למרות שללא מערכת חיסון, הטבק רגיש למחלות שונות, יש לו יותר אנרגיה לנבוט ולצמוח מהר יותר ולייצר זרעים גדולים יותר. זה נותן לצמח יתרון בתנאי בצורת אוסטרליים.

המדענים ג'וליה באלי ופיטר ווטרהאוס זיהו גן של צמח טבק שאחראי להיעדר מערכת חיסון שאפשרה למעשה לטבק לשרוד באקלים קשה במשך 750 שנה.

כעת פועלים מדענים להעביר את הגן הזה לצמחים אחרים, כולל צמחי מזון, על מנת להבטיח את צמיחתם המהירה, למשל, בתנאים סטריליים של תחנת חלל או ספינה במהלך משלחות בין-כוכביות. הם מסבירים את השימוש הפוטנציאלי בצמח באנלוגיה ל"עכברים עירומים" – זן של עכברי מעבדה עם מוטציה גנטית המובילה לדיכוי מערכת החיסון עקב מספר נמוך של לימפוציטים מסוג T. ההבדל החיצוני העיקרי בין עכברים כאלה הוא היעדר צמר, מה שנתן להם את שמם.

מדענים למדו כיצד להפוך ל"עכברים עירומים" ולמינים אחרים, ומדענים אוסטרלים מצפים שהגן שגילו יאפשר יצירת צמחים ללא מערכת חיסון למחקר. ולמעשה ניקוטיאנה בנטאמיאנה שימשה לפני זמן לא רב כדי ליצור נוגדן ניסיוני לנגיף האבולה.

עוד חדשות מעניינות:

▪ שעה וחצי של מוזיקה בטלפון הנייד

▪ ויטמין B6 עוזר לך לזכור חלומות טוב יותר

▪ בדיקת דם מהירה

▪ הטעם של אוכל וירטואלי

▪ נשימה מסגירה את הפושע

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר יישום של מיקרו-מעגלים. בחירת מאמרים

▪ מדף מאמר. ביטוי עממי

▪ כתבה איזה שירות דואר מספק ולנטיינס עם הדפסי שפתיים במקום בולים? תשובה מפורטת

▪ מאמר משוטים הולכים. הובלה אישית

▪ מאמר ספק כוח עם היפוך מתח חלק. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר מעגלים מודפסים - זה קל! אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר