SPRZĘŻENIE ZWROTNE

Sprzężenie zwrotneW układach elektronicznych sprzężenie zwrotne polega na przekazywaniu części

sygnału wyjściowego (sygnał zwrotny) z wyjścia układu na jego wejście, gdzie sumuje się on z sygnałem wejściowym, zmieniając właściwości układu.

TOR WZMOCNIENIA

K

TOR SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

ß

Xwe

Xs

Xr Xwy Współczynnik sprzężenia zwrotnego:

Wzmocnienie wzmacniacza bez sprzężenia:

wy

s

XX

r

wy

XX

K wesr XXX

we

wy

we

we

we

wy

wywe

wy

swe

wy

XX

XX

XX

XXX

XXX

K

f

f

KK

K

1

Wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym:

we

wyf X

XK

KKK f

1

Sygnał sprzężenia zwrotnego

Sprzężenie zwrotne

KKK f

1

Sprzężenie zwrotne zmienia wartość wzmocnienia:

1. |1-ßK| > 1 to |Kf| < |K| następuje zmniejszenie wzmocnienia – sprzężenie ujemne

2. |1-ßK| < 1 to |Kf| > |K| następuje zwiększenie wzmocnienia – sprzężenie dodatnie

3. |1-ßK| ≈ 0 to wzmacniacz będzie generował drgania (generator ze sprzężeniem zwrotnym)

Jeżeli: K jest b. duże to: o parametrach układu decyduje człon sprzężenia zwrotnego1

fK

Sprzężenie zwrotne

Rodzaj i właściwości sprzężenia zwrotnego zależą od:

• sposobu pobierania sygnału z wyjścia 1. Sprzężenie napięciowe – sygnał zwrotny proporcjonalny do napięcia wyjściowego

2. Sprzężenie prądowe – sygnał zwrotny proporcjonalny do prądu wyjściowego

• sposobu dostarczania sygnału na wejście 1. Sprzężenie szeregowe – sygnał sprzężenia wprowadzany jest szeregowo z sygnałem wejściowym

2. Sprzężenie równoległe – sygnał sprzężenia wprowadzany jest równolegle z sygnałem wejściowym

Sprzężenie zwrotne

KuUs

ßu

Is

Iwe

Uwe

Rg

Eg RL

Iwy

Uwy

RL

Rg

Eg Ku

Iwy

Uwy

Iwe

Uwe

Is

Us ßu

GgIg

RL

Ki

ßi

Is

Us

Uwe

Uwy

IwyIwe

GgIg

RLUwy

IwyIwe

Uwe

Is

Us ßi

Ki

NAPIĘCIOWY - SZEREGOWY

NAPIĘCIOWY - RÓWNOLEGŁY PRĄDOWY - RÓWNOLEGŁY

PRĄDOWY - SZREGOWY

Sprzężenie zwrotneWE WZMACNIACZACH STOSUJE SIĘ GŁÓWNIE UJEMNE SPRZĘŻENIE ZWROTNE

Sygnał sprzężenia zwrotnego XS ma fazę przeciwną niż sygnał wejściowy Xwe

Sygnał sterujący wzmacniaczem Xr = Xwe – XS jest mniejszy od Xwe

WAŻNIEJSZE ZALETY UJEMNEGO SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO:

•Zmniejszenie wrażliwości układu na zmiany parametrów elementów, warunków zasilania, czynników zewnętrznych

•Zmniejszenie zniekształceń nieliniowych, zakłóceń, szumów

•Możliwość zwiększenia pasma przenoszenia wzmacniacza i kształtowania charakterystyk częstotliwościowych

•Możliwość zmiany impedancji wejściowej i wyjściowej

Zalety te są okupione:• zmniejszeniem wzmocnienia • zmniejszeniem stabilności układu w pewnych zakresach częstotliwości

Sprzężenie zwrotneSzeregowe ujemne sprzężenie zwrotne:

• zmniejsza wzmocnienie napięciowe

• nie zmniejsza wzmocnienia prądowego

• powoduje wzrost impedancji wejściowej

uu

uuf K

KK

1

ifK)1( uuwewef KZZ

Równoległe ujemne sprzężenie zwrotne:

• zmniejsza wzmocnienie prądowe

• nie zmniejsza wzmocnienia napięciowego

• zmniejsza impedancję wejściową

ii

iif K

KK

1

ufK

ii

wewef K

ZZ

1

Napięciowe ujemne sprzężenie zwrotne:

• zmniejsza impedancję wyjściowąuu

wywyf K

ZZ

1

Prądowe ujemne sprzężenie zwrotne:

• powoduje wzrost impedancji wyjściowej )1( iiwywyf KZZ

Ujemne sprzężenie zwrotne

Parametr

SPRZĘŻENIENAPIĘCIOWE PRĄDOWE

SZEREGOWE RÓWNOLEGŁE

SZEREGOWE RÓWNOLEGŁE

Ku maleje bez zmian maleje bez zmian

Kibez

zmian maleje bez zmian maleje

Zwe wzrasta maleje wzrasta malejeZwy maleje maleje wzrasta wzrasta

WZMACNIACZE OPERACYJNE

Wzmacniacz operacyjnyWZMACNIACZ OPERACYJNY – wzmacniacz prądu stałego o sprzężeniach bezpośrednich, charakteryzujący się b.dużym wzmocnieniem i przeznaczony z reguły do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego (właściwości tego obwodu decydują w głównej mierze o właściwościach całego układu).

Większość WO posiada:

• symetryczne (różnicowe) wejścia,

• niesymetryczne wyjście

Konwencja oznaczeń:

1. Wszystkie sygnały (parametry) wejściowe są z indeksem „I” np. UI , II , RI ... (wejście = input)

2. Wszystkie sygnały (parametry) wyjściowe są z indeksem „O” np. Uo , Io , Ro ... (wyjście = output)

3. Wszystkie sygnały (parametry) różnicowe są z indeksem „d” np. Ud , , RId ... (różnica = difference)

4. Wszystkie sygnały (parametry) wspólne są z indeksem „c” np. Uc , , RIc ... (wspólny = common)

Wejście odwracające

Wejście nieodwracające

Wyjście

_

+

+Ucc

- Ucc

Wzmacniacz operacyjny

UI –

UI+

AuUd

Sygnał doprowadzany między wejścia WO jest sygnałem różnicowym

Napięcie wyjściowe jest proporcjonalne sygnału różnicowego, czyli do różnicy napięć wejściowych

duIIuo UAUUAU

Idealny wzmacniacz operacyjnyWłaściwości idealnego wzmacniacza operacyjnego:

•nieskończenie duże wzmocnienie napięciowe przy otwartej pętli sprzężenia zwrotnego: Au •nieskończenie duża wejściowa impedancja zarówno różnicowa jak i pomiędzy każdym wejściem i masą: RI •impedancja wyjściowa równa zeru: Ro 0 •nieskończenie szerokie pasmo przenoszenia częstotliwości: f •napięcie wyjściowe równe zeru przy równych napięciach wejściowych: Uo = 0 gdy UI+=UI-

•zerowy prąd wejściowy: II+=II-=0•nieskończenie duży dopuszczalny prąd wyjściowy: Io •nieskończenie duże tłumienie sygnału współbieżnego: CMRR

•niezmienność parametrów pod wpływem temperatury.

Oczywiście wszystkie te właściwości nie są osiągalne ale upraszczają analizę wzmacniaczy i stanowią wyznacznik do osiągania najlepszych parametrów produkcyjnych wzmacniaczy.

_

+

Sygnały wejściowe

Sygnał różnicowy

Sygnał sumacyjny(współbieżny, wspólny, nieróżnicowy)