P9. ELEMENTARNA TEORIA SPRZĘŻENIA ZWROTNEGO

A. Jakie właściwości muszą mieć czwórniki, abyś mógł zastosować elementarną teorię sprzężenia zwrotnego?

W ramach elementarnej teorii sprzężenia zwrotnego zakłada się, że oba czwórniki, główny o transmitancji k i w pętli sprzężenia zwrotnego o transmitancji  są liniowe i unilateralne (jednokierunkowe). Zdefiniowany typ sygnałów na wejściu musi być taki sam wokół sumatora i podobnie na wyjściu, wokół umownego węzła. Natomiast nie musi być ten sam typ sygnału równocześnie dla wejścia i wyjścia. W związku z tym możliwe są cztery kombinacje: wejście i wyjście napięciowe (Ai = Ui , Bo = Uo), wejście prądowe a wyjście napięciowe (Ai = Ii , Bo = Uo), wejście napięciowe a wyjście prądowe (Ai = Ui , Bo = Io), wejście i wyjście prądowe (Ai = Ii , Bo = Io).

B. Jakie zalety ma zastosowanie ujemnego sprzężenia zwrotnego (USZ) w układach elektronicznych?

- poprawia stabilność wzmocnienia (układ jest mniej wrażliwy np. na wahania napięć zasilających i zmianę temperatury); 
- zmniejszają się szumy i zniekształcenia (tak liniowe, jak i nieliniowe); 
- zwiększa się górna częstotliwość graniczna (czyli ulega poszerzeniu pasmo); 
- możliwe jest kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej; 
- możliwa jest modyfikacja impedancji wejściowej i wyjściowej.

C. Jakie wady dostrzegasz w zastosowaniu ujemnego sprzężenia zwrotnego w układach elektronicznych?

• zmniejszeniem wzmocnienia

• zmniejszeniem stabilności układu w pewnych zakresach częstotliwości

D. Który składnik układu z USZ powinien mieć najwyższą jakość? Uzasadnij odpowiedź.

Najwyższą jakość muszą mieć bloki wejściowe, ponieważ są najbardziej podatne na zakłócenia. Im bliżej wyjścia bloku k, tym mniejsza czułość na zakłócenia.

E. Sformułuj kryterium stabilności układu z USZ w oparciu o aproksymacyjne wykresy Bode’go.

Wykresy modułów k i 1/nie mogą przecinać się z różnicą nachyleń 40 dB/dek i więcej

F. Sformułuj warunek generacji w liniowym układzie ze sprzężeniem zwrotnym, skomentuj go.

układ działa jak generator, gdy sprzężenie zwrotne jest dodatnie i dostatecznie silne ( K = l), aby podtrzymywać drgania

  Sprzężenie zwrotne nazywamy dodatnim, gdy faza napięcia zwrotnego doprowadzonego z wyjścia do wejścia układu jest zgodna z fazą napięcia wejściowego. Przy zgodności faz obu sygnałów sterujących wzmacniacz, efektywny sygnał sterujący ulega zwiększeniu. Oznacza to, że współczynnik   - jest dodatni.

Od pewnej częstotliwości USZ może zmienić się w DSZ i ze wzmacniacza zrobi się generator. Każda zmiana ch-ki amplitudowej o 20dN/dek to zmiana przesunięcia fazowego o 90⁰.

G. Rozwiń temat: Za pomocą USZ można idealizować przetwornik sygnału. Na czym ta idealizacja polega?

To co w zaletach

Idealizacja- zbliżenie do pożądanych własności danego typu przetwornika sygnału, za pomocą

odpowiedniej pętli sprzężenia zwrotnego. Za pomocą pętli USZ można wpływać na parametry robocze czwórnika, głównie modyfikować transmitancje oraz rezystancje wejściowe i wyjściowe.

H. Jaki parametr służy do oceny rodzaju i stopnia SZ?

transmitancja w pętli sprzężenia zwrotnego. Dla DSZ beta jest dodatni.

Dla silnego USZ, wypadkowe wzmocnienie układu ze sprzężeniem zwrotnym zależy tylko od współczynnika beta.

I. Jaki typ USZ należy zastosować, aby rezystancja wejściowa układu z zamkniętą pętlą sprzężenia R_if była możliwie duża?

Szeregowy, prądowy lub napięciowy

J. Wzmacniacz z USZ ma mieć bardzo małą R_of . Zastosujesz USZ typu:

Napięciowe, szeregowe lub równoległe

K. Na precyzyjnym WO zapięto silne USZ o transmitancji toru sprzężenia 5 kΩ. Wypadkowa transmitancja układu jest typu i jest równa:

Typu transadmitancyjnego

k_f=-1/k_f=-1/5000 [S]

L. Uniwersalny WO typu A741 objęto pętlą napięciowo-szeregową USZ. Różnica zwrotna F ≈ 20. Spodziewasz się k_uf rzędu:

M. Do WO zastosowano bardzo silne USZ, uzyskano k_zf = 10 kΩ. Określ typ i podaj wartość modułu transmitancji pętli sprzężenia zwrotnego:

Transadmitancja 10^-4 S

N. Na WO zbudowano wzmacniacz z pętlą USZ typu napięciowo-szeregowego, wejściem na we+ WO, R₁ =R₂ = 10 kΩ. Wynikowe wzmocnienie k_uf = :

Kuf= -(1 + (R2/R1)) =- 2

O. W celu zwiększenia R_of wzmacniacza zastosowano USZ typu prądowo-równoległego, a co się stało z R_if ?

Zmalało F-krotnie

P. Jakie są skutki zastosowania DSZ w układach elektronicznych? Kiedy jest ono konieczne?

 efektywny sygnał sterujący ulega zwiększeniu, Dodatnie sprzężenie zwrotne jest podstawą działania generatorów

Wzrost wzmocnienia jest ograniczony – sygnał wyjściowy nie może być większy niż napięcie zasilające wzmacniacz. W układach takich dzięki silnemu

   sprzężeniu następuje generacja drgań co wykorzystywane jest do budowy generatorów.

Q. Na WO zapięto bardzo silne USZ o transmitancji β_Z . Co możesz powiedzieć o wynikowej transmitancji całości oraz rezystancjach: wejściowej i wyjściowej?

UZS typu prądowego-szeregowego.

Transmitancja wynikowa ma charakter admitancyjny

Obie rezystnacj wzrosły F-krotnuie

R. W układzie z pętlą SZ duża wartość różnicy zwrotnej oznacza:

Mamy do czynienia z USZ, Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza bez sprzężenia zwrotnego jest znacznie większe od wzmocnienia z USZ.

Duża część sygnału wyjściowego o przeciwnej fazie zostaje skierowana do wejścia układu i zsumowana z sygnałem wejściowym.

S. Na WO zapięto silne USZ; wynik k_yf = 0,50 mS. Podaj typ, wartość i jednostkę współczynnika β oraz typ USZ.

 ma charakter impedancyjny, k [omy] USZ typu prądowo szeregowego