На рис. 4.1 представлена структурная схема канала связи, в которой ин-
формационные сигналы проходят через усилительные каскады передающей и
приемной частей канала. Современная слаботочная электроника строится на микросхемной элементной базе, представляющей чаще всего линейные усилители − четырехполюсники с системой Н-параметров, которые используются при расчетах рабочих параметров схем. Каждый такой усилитель можно заменить формальной эквивалентной схемой замещения, представленной на рис. 4.1. Рис. 4.1. Формальная схема замеще-
ния усилителя
Этой схеме соответствуют уравне-
ния с h-параметрами:
(4.1)
(4.2)
где h11 = U1 / I1 при U2 = 0 − входное сопротивление четырехполюсника при коротком замыкании выхода;
h12 = U1 / U2 при I1 = 0 − коэффициент обратной связи по напряжению при обрыве цепи на входе;
h21 = I2 / I1 при U2 = 0 − коэффициент усиления по току при коротком замыкании выхода;
h22 = I2 / U2 при I1 = 0 − выходная проводимость четырехполюсника при обрыве цепи на входе.
H-параметры имеют разную размерность, поэтому система называется смешанной. Так, h11 – сопротивление; h12 и h21 – безразмерные величины;
|
|
h22 – проводимость. Это так называемые статические параметры, характеризующие работу активного четырехполюсника без реальной нагрузки (RH = 0).
Статические параметры для любого четырехполюсника могут быть измерены специальными измерительными приборами, например, ИППМ-1,
Л2-22 и др. Однако для практики гораздо больший интерес представляют динамические параметры нагруженного четырехполюсника, работающего с реальным генератором R г и реальной нагрузкой Rн ≠ 0: Кi, Кu, Кp, Rвх, Rвых.
Коэффициент усиления по току
(4.3)
Коэффициент усиления по напряжению
(4.4)
где Δh – определитель в уравнениях (4.1), (4.2).
Коэффициент усиления по мощности
(4.5)
Входное сопротивление
(4.6)
выходное −
(4.7)
Частотные и фазовые свойства усилителей в комплексной форме оцениваются модулем передаточной функции четырехполюсника, в основе которой используется выражение (4.4):
(4.8)
где |K(Ω)| − амплитудно-частотная характеристика четырехполюсника;
φК(Ω) − фазочастотная характеристика четырехполюсника;
Ω =2πF − угловая частота сигнала.
Реальный усилитель характеризуется наличием цепей обратной связи, которые видоизменяют его частотную и фазовую характеристики. Структурная схема усилителя с последовательной обратной Рис. 4.2. Структурная схема усилителя связью (ОС) по напряжению пока-
с обратной связью
зана на рис. 4.2.
Усилитель без обратной связи характеризуется собственным коэффициентом усиления Кср. На вход усилителя кроме полезного сигнала генератора UI1 подается напряжение обратной связи UОС = Uβ, полученное на выходе усилителя и преобразованное в каскаде обратной связи по амплитуде с коэффициентом передачи β.
|
|
Напряжение на входе усилителя при обратной связи
(4.9)
где (4.10)
Коэффициент усиления усилителя с обратной связью
(4.11)
где − коэффициент петли обратной связи;
− глубина обратной связи.
Обратная связь может быть положительной и отрицательной. Так, если произведение − положительное число или имеет положительную действительную часть комплексного числа, то обратная связь − положительная (ПОС). Формулу для вычисления коэффициента усиления при этом можно переписать в виде:
(4.12)
т. е. с ростом коэффициента петли обратной связи будет увеличиваться и коэффициент . В случае усилитель превращается в автогенератор, когда на вход усилителя подается только напряжение ПОС, надобность в напряжении возбуждения отпадает.
Если произведение отрицательное или имеет отрицательную действительную часть комплексного числа, то будет иметь место отрицательная обратная связь (ООС):
(4.13)
С введением ООС расширяется полоса пропускания частот усилителя,
уменьшаются коэффициент усиления и его относительная нестабильность:
(4.14)
где относительная нестабильность коэффициента усиления усилителя соответственно без обратной связи и при наличии ее. Обратная связь бывает частотно-независимой и частотно-зависимой. Если цепь ООС содержит реактивные элементы, например, емкости С, то в усилителе имеет место частотно-зависимая обратная связь.