Материал, приведенный ранее, показывает, каким образом величина обратной связи, которая может быть .получена в любом
усилителе, зависит от асимптотической характеристики петли обратной связи на высоких частотах.
Поэтому представляет известный интерес установить, каким образом основные части усилителя влияют на асимптотическую характеристику
и каким образом улучшение какой-либо из них сказывается на общей допустимой обратной связи.
В предыдущем рассмотрении асимптотическая петля обратной связи считалась состоящей из двух основных частей. Одна из
них включала в себя каскады канала прямого усиления, а вторая охватывала входную и выходную цепи и цепь обратной связи.
Как мы уже видели, лампы определяют верхний положительный предел асимптотических значений ввиду того, что вряд ли возможно
получить лучшие результаты, чем те, которые соответствуют случаю непосредственного включения цепи обратной подачи и выхода
последнего каскада на вход первого каскада. Однако при заданных лампах многое зависит от того, насколько искусно проектировщик
будет осуществлять цепь обратной подачи, не вводя в схему дополнительные шунтирующие емкости. Будет целесообразно продолжить
здесь рассмотрение этого вопроса с тем, чтобы более детально показать, каким образом два указанных фактора влияют на величину
общей допустимой обратной связи.
Влияние, которое оказывают на полную асимптотическую характеристику усилительные каскады и элементы цепи обратной подачи,
можно более отчетливо уяснить, если на фиг. 351 добавить вторую асимптоту, которая будет характеризовать усиление ламп, работающих
только на собственные паразитные емкости. Это приводит нас к результатам, представленным
на фиг. 364. Асимптотическая характеристика для ламп показана в виде пунктирной линии. Она пересекает ось нулевого усиления
на частоте ft = Gm/2πC, где Gm и С — соответственно
крутизна и емкость лампы, используемой в схеме.
Так как величина Gm/C представляет собой так называемый ¨коэффициент качества¨, то мы
можем назвать частоту ft ¨частотой коэффициента качества¨ прямого канала.
Фиг. 364
Расстояние между двумя асимптотами обозначено величиной At. Очевидно, что эта величина равна уменьшению
усиления за счет цепи возвратной подачи на частоте ft. В простейших схемах, которые, к тому же могут
обеспечить наибольшую обратную связь, таких, например, как схемы, приведенные на фиг. 344 и 348, цепь обратной подачи сводится
на верхних частотах к емкостному потенциометру, причем асимптотическое значение этой цепи определяется просто делением
напряжения в этом потенциометре. На фиг. 364 это показано с помощью двух асимптот, имеющих равную крутизну, однако в более
сложных цепях, разумеется, крутизны могут быть различны.
Интересующее нас соотношение может быть получено, если мы выразим частоту fa, соответствующую пересечению
с асимптотой, через члены ft, At и п. Это позволит заменить соотношение (18.7)
следующим:
| (18.12) |
Первый член соотношения (18.12) показывает, каким образом используемая обратная связь зависит при данной ширине полосы
от Применяемых ламп. При маломощных лампах специальной конструкции частота ft может доходить до 50 или
даже 100 МГц. Однако если частота f0 достаточно низка, то первый член будет иметь существенное значение
даже в том случае, когда выбраны лампы с гораздо меньшей величиной ft. Второй член соотношения (18.12)
показывает, насколько величина обратной связи может уменьшиться за счет остальных элементов схемы.
Если детали в усилителе размещены рационально и все остальные конструктивные требования выполнены удачно, то этот член
может давать лишь 10—15 дБ. При использовании современных ламп, второй член соответствует такому порядку величин, при которых
усилитель должен иметь достаточно большую обратную связь при ширине рабочей полосы в несколько мегагерц. С другой стороны, если в отношении
входной и выходной цепей, а также в отношении цепи обратной связи установлены очень жесткие требования или если рабочая полоса
настолько узка, что соответствующая величина обратной связи может быть получена даже при отсутствии тщательно выполненной
конструкции, то второй член может иметь существенно большее значение.
Оптимальное число каскадов в усилителе с обратной связью
В соотношение (18.12), помимо величин ft и Аt входит также асимптотическая
крутизна п. Так как лампы не вызывают завала асимптотической характеристики на частоте f = ft,
то мы можем варьировать величину п путем изменения числа ламп схемы, не воздействуя при этом на значение At.
Это дает возможность подсчитать оптимальное число ламп, которое должно быть применено для каждого данного случая, с
тем, чтобы получить максимально возможную величину обратной связи.
Если At мало, то первый член соотношения (18.12) будет иметь преобладающее значение, и очевидно, что
здесь желательно иметь малое число каскадов. В качестве предельного значения можно принять n = 2, так как в случае
лишь одного каскада степень обратной связи ограничивается величиной усиления по прямому каналу, что не было принято во внимание
в настоящем анализе. С другой стороны, ввиду того, что второй член изменяется с величиной п более быстро, чем
первый, оптимальное число каскадов будет возрастать, если At возрастет. В общем случае оно определяется
соотношением
| (18.13) |
или, другими словами, оптимальное число каскадов равно выраженной в неперах величине завала асимптотической характеристики.
Результат, который получится, если мы выберем число п больше или меньше оптимального, можно установить,
полагая n = λ(At /8,68). Это позволяет переписать (18.12) в виде
| (18.14) |
Очевидно, что первый член характеризует обратную связь, получающуюся при оптимальном числе каскадов, а второй член —
то уменьшение обратной связи, которое вызвано использованием числа каскадов, отличного от оптимального. График
для второго члена изображен на фиг. 365. Из него видно, что проигрыш получается сравнительно незначительным, если мы
выбираем число каскадов в пределах от 0,5 до 2 от оптимального значения, однако при более существенном отклонении ухудшение
будет значительно более заметным.
Фиг. 365
Ввиду того, что усилители с обратной связью обычно выполняются с тремя каскадами усиления по прямому каналу, мы можем
проиллюстрировать эти соотношения, рассматривая вопрос о том, при каких условиях усилитель с тремя каскадами способен обеспечить
максимальную величину обратной связи. Одно
из экстремальных значений здесь будет соответствовать усилителю с очень широкой полосой, такому, например, как телевизионный
усилитель с полосой в 4 МГц. При такой большой величине f 0 приемлемая величина обратной связи
может быть получена только при условии, что ft столь велико, a At столь мало, насколько
это возможно. Предположим, например, что наиболее подходящими значениями для этих величин будут соответственно 80 МГц и 18
дБ. Если мы примем, что n=3, то согласно (18.12) максимально допустимая обратная связь будет равна 45 дБ. Если принята
во внимание соответствующая величина запаса по усилению и величина фазового сдвига, то на практике используется заметно меньшая
величина обратной связи. Для выбранного At ближайшее число, удовлетворяющее (18.13), будет 2, однако из
фиг. 365 ясно, что если вместо этого мы возьмем три каскада, то в результате получится лишь незначительная разница. С другой
стороны, будет иметь место существенный проигрыш как в том случае, когда мы будем применять при заданном значении At
больше трех каскадов, так и при увеличении оптимального п путем увеличения At.
Когда усилитель имеет более узкую полосу, то становится значительно проще получить большую величину обратной связи. Предположим,
например, что ft = 40 МГц и At = 3 неперам, или 26 дБ, так что три каскада соответствуют
оптимальному числу. Тогда для трехкаскадного усилителя максимальная обратная связь будет 68 дБ для рабочей полосы в 400 кГц,
для полосы в 100 кГц она будет больше 90 дБ и, наконец, для полосы в 10 кГц — больше 130 дБ. За исключением, может быть,
первого случая, указанные значения лежат за пределами тех величин, которые представляют практический интерес. Они принципиально
не могут быть осуществлены в практических конструкциях, так как величины At , которые в действительности
встречаются, значительно больше, чем 3 непера, из которых мы исходим при расчете. Это, разумеется, означает, что оптимальное
число каскадов соответственно больше, чем три. Таким образом, в качестве общего вывода мы можем сказать, что при использовании
современных ламп с большим усилением, наиболее подходящим числом каскадов будет два или три для усилителей с рабочей полосой
в несколько мегагерц. Однако для систем с меньшей шириной полосы, начиная, может быть, с полосы в несколько сот килогерц,
допустимая обратная связь всегда может быть увеличена путем увеличения числа каскадов сверх трех. Правда, обратная связь,
которая допустима даже при трех каскадах, столь велика, что ни в каких случаях не встречается практической необходимости
в ее дальнейшем повышении.
В предыдущем рассмотрении, разумеется, не учитывалось то обстоятельство, что число каскадов, которое может быть использовано,
ограничивается экономическими соображениями. Однако в других случаях добавление лишних каскадов для того, чтобы учесть требования,
связанные с большим значением At является часто сравнительно простым средством увеличения допустимого
значения обратной связи. Пример в этом отношении может быть взят из области мощных усилителей того типа, который используется
в радиопередающих устройствах, где ограничения, накладываемые на усилитель, довольно жестки, в то время как стоимость дополнительных
ламп, во всяком случае в маломощных каскадах, имеет сравнительно малое значение. В качестве крайнего примера мы можем рассмотреть
задачу по созданию обратной связи по огибающей в передающем устройстве. При сравнительно узкой ширине полосы, которая обычно
имеет место в высокочастотных каскадах передатчика, асимптотическая характеристика канала обратной связи будет сравнительно
неблагоприятной. Для определенности примем, что fа = 40 кГц и п = 6. В
соответствии с (18.7) это приведет к максимально допустимой величине
обратной связи 17 дБ, при полосе по низкой частоте 10 кГц. Предположим также, что дополнительные лампы, которые будут
использоваться в маломощных каскадах, будут иметь частоту ft, равную 10 МГц. Соответствующая величина At
будет 33 непера, а это, согласно соотношению (18.13), означает, что допустимая обратная связь будет возрастать по мере
увеличения ламп в схеме до 27. Естественно, что в подобном крайнем случае результат нужно рассматривать лишь как качественное
указание на то, в каком направлении идет процесс. Если мы добавим только 4 лампы, то допустимая обратная связь станет равна
46 дБ, если же мы добавим 10 ламп, то она возрастет до 60 дБ.
Крайнее значение обратной связи в том случае, когда добавлены все 27 ламп, дается первым членом соотношения (18.14)
и равно 66 дБ. Отсюда видно, что лишь небольшая часть усиления, даваемого дополнительными лампами, используется для непосредственного
повышения величины обратной связи. Остальная часть усиления используется для того, чтобы скомпенсировать нежелательные фазовые
сдвиги, вносимые другими частями схемы.
Часть [1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
|