|
Проектирование абсолютно устойчивых усилителей с одноканальной обратной связью
Определение. Усилителем с одноканальной обратной связью называется усилитель, для которого возвратная
разность любой из ламп равна единице в том случае, когда усиление любой другой лампы, используемой в схеме,
равно нулю.
Очевидно, что это определение равносильно утверждению о том, что величины крутизны различных ламп могут входить в определитель
системы только в виде произведения Gm1 Gm2... Gm n.
При этом предполагается, что лампы имеют непосредственное каскадное включение и что возвратная разность для всех ламп
в рабочих условиях имеет одну и ту же величину. Следует отметить, что приведенное определение не включает в себя усилителей,
в которых имеются местные обратные связи в одной или нескольких лампах, за счет сопротивлений в цепи катода, паразитной
емкости анод-сетка и т. п. С точки зрения инженерной практики, ограничение подобного рода иногда бывает чересчур строгим,
так как многие из указанных выше схем можно рассматривать как схемы с одноканальной обратной связью, принимая лишь во внимание
изменение усиления в предыдущих каскадах, которое создается за счет этой местной обратной связи.
Однако, как показывает анализ, проведенный с более общей точки зрения, устойчивость подобных схем сильно зависит от степени
изменения усиления лампы со сроком службы или же от того, насколько увеличивается усиление при разогреве ламп в результате
включения.
Поэтому, вообще говоря, предположение о том, что подобные системы без всяких ограничений можно рассматривать
как усилители с одноканальной обратной связью, было бы необоснованным.
Фиг. 339
С другой стороны, согласно приведенному выше определению, к усилителям с одноканальной обратной связью должны быть
отнесены все системы, имеющие произвольное число различных цепей, по которым осуществляется обратная подача напряжения
с анода оконечной лампы на сетку первой лампы. Пример расчета подобной системы приведен далее.
Эта система имеет одну μ-цепь и две β-цепи, как это показано на фиг. 339. Различие между двумя указанными
β -цепями существенно, так как только одна из этих цепей действует в рабочем диапазоне частот и, таким образом, определяет
внешние параметры усилителя. Вторая β-цепь добавлена для улучшения фазового угла возвратного напряжения на высоких
частотах. Однако для тех целей, которые ставятся при настоящем рассмотрении и которые главным образом имеют в виду вопросы
устойчивости схемы, можно объединить любое число подобных путей обратной связи и считать, что мы имеем дело с одним четырехполюсником
обратной связи.
Чтобы удовлетворить требования к абсолютной устойчивости системы, воспользуемся анализом, изложенным ранее. Напомним,
что диаграмма Т для типового усилителя соответствует одному из трех случаев, приведенных на фиг. 340. Если
имеет место кривая типа II, которая охватывает точку (—1, 0), то система неустойчива. Усилитель будет устойчив при
кривой типа I или III, из которых ни одна не охватывает точки (—1, 0).
Фиг. 340
Фиг. 341
Однако устойчивость, определяемая кривой III, будет иметь место только до тех пор, пока кривая не сдвинется до
критической точки. Таким образом, система может самовозбудиться, если за счет ухудшения параметров со сроком службы, усиление,
даваемое лампами, начнет падать. Точно так же система может самовозбудиться и при возрастании усиления цепи от нуля при
разогреве ламп после включения усилителя. Вследствие этого мы главе будем считать, что усилитель, относящийся к абсолютно
устойчивому типу, соответствует кривой типа I и остается устойчивым при любых изменениях усиления цепи. Очевидно,
что условие абсолютной устойчивости усилителя заключается в том, что фазовый сдвиг по петле обратной связи не должен превышать
180° до тех пор, пока усиление вдоль петли не упадет до нуля или же еще ниже. Однако теоретические характеристики, которые
будут соответствовать этому условию, окажутся неудовлетворительными, так как указанный граничный фазовый сдвиг может в
действительности быть превышен за счет небольших отклонений, обусловленных либо конструктивным выполнением усилителя, либо
подбором его параметров.
Таким образом, предельный фазовый сдвиг должен быть на некоторую определенную величину меньше 180°. Это иллюстрируется
фиг. 341, на которой величина запаса по фазовому сдвигу обозначена через уπ радиан. Во многих схемах
на частотах, выходящих далеко за пределы полосы, физически невозможно удержать фазовый сдвиг в указанных пределах.
Поэтому в качестве дополнительного условия мы будем предполагать, что большие величины фазового сдвига допустимы только
в том случае, когда усиление цепи на х дБ ниже нуля. Это обстоятельство иллюстрируется кривой фиг. 341, где
величина в х дБ показана пунктирной дугой. Разумеется, не следует думать, что величины “запаса прочности” по
отношению к фазовому сдвигу, определяемые величинами х и у, могут быть наперед заданы произвольным
образом. Если мы выбираем большие величины запаса, то можно допустить значительные отклонения от нормы в конструктивном выполнении
устройства и в выборе его деталей, без опасности получения неустойчивой работы. Однако оказывается, что при заданной ширине
полосы степень обратной связи, которая может быть осуществлена, уменьшается в случае возрастания запаса прочности, так что
обычно из соображений устойчивости желательно выбирать настолько малую величину запаса, Насколько это возможно.
В настоящей статье будет предполагаться, что усилитель имеет полосу, ограниченную со стороны верхних частот. Соображения,
изложенные ранее, в частности, те, которые связаны с теоремой о постоянстве ширины полосы, могут быть применены и к другим
случаям. Соответствующие примеры в этом направлении можно найти далее.
Часть [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
|
