|
На жаргоне специалистов-электронщиков для обозначения приемов подавления высокочастотной и низкочастотной автогенерации,
зачастую используется весьма своеобразные термины, понять смысл которых непосвященному бывает достаточно сложно. Однако,
смысл приводимого описания в действительности является очень простым.
Для начала представим себе пример, когда в усилителе необходимо подавить автогенерацию на одной заранее известной высокой
частоте, которая, имея максимальный фазовый сдвиг, равный 90°, будет стабильной при всех внешних условиях. Для решения этой
задачи можно подобрать RC-цепь, имеющую наименьшую частоту подавления высокочастотной составляющей, то есть первой доминанты
(гармоники), после чего включением конденсатора несколько большей емкости частоту первой доминанты можно еще сильнее понизить.
Далее, в качестве наихудшего варианта, можно предположить, что усилитель, в котором возникает ВЧ автогенерация, содержит
четыре идентичных каскада, у каждого из которых частота подавляемой ВЧ составляющей равна 300 кГц, а усиление каждого равно
10. На частоте 300 кГц каждый каскад обеспечивает фазовый сдвиг в 45°, обеспечивая тем самым общий сдвиг всего каскада в
180°. Для каждого каскада на частоте 300 кГц усиление снижается на 3 дБ, то есть усиление каждого из них на этой частоте
составит 10/√2 = 7,071, а усиление всего четырехкаскадного усилителя будет равно: Atotal =
(10/√2)4 = 2500.
В любом реальном усилителе такой высокий коэффициент усиления чаще всего будет приводить к самовозбуждению. Поэтому всегда
неплохо уменьшить усиление хотя бы до значения 125, что соответствовало бы введению отрицательной обратной связи в 26 дБ,
а также позволило бы уменьшить искажения до одной двадцатой от первоначального значения. Для того, чтобы получить этот результат,
петля обратной связи должна бы обеспечивать величину потерь 0,0076. Если же посмотреть на работу усилителя с точки зрения
его устойчивости, то произведение потерь на усиление дает следующее значение: 0,0076 х 2500 =19. Таким образом, в усилителе
коэффициент передачи замкнутой петли превышает единицу, а фазовый сдвиг равен 180° (см. выше), то есть в рассматриваемом
усилителе обязательно возникнут автоколебания, если не принять мер по снижению коэффициента усиления.
Для того, чтобы обеспечить устойчивость работы каскада, необходимо уменьшить на частоте 300 кГц усиление при разомкнутой
петле обратной связи в 19 раз, что составляет 25,5 дБ. Учитывая, что ослабление 6 дБ/октаву эквивалентно ослаблению 20 дБ/декаду,
снижение частоты среза АЧХ усилителя с 300 кГц до 30 кГц даст ослабление 20 дБ, а снижение частоты вдвое, с 30 кГц до 15
кГц, даст дополнительное ослабление 6 дБ, что в итоге составит 26дБ.
Теперь усилитель можно считать устойчивым, но только условно, так как в нем по-прежнему может возникать самовозбуждение,
так как рассчитанное снижение усиления сделано исходя из условия величины петлевого усиления, близкого к единице, которое
легко может быть превышено в процессе работы. Для увеличения запаса устойчивости и гарантированного устранения режима генерации
необходимо взять еще больший запас по усилению, либо ввести значительное затухание (подбирая соответствующие
значения частот среза и постоянных времени частотозадающих RC-цепей) на частотах, значительно более низких
(хотя бы в два раза), чем частота основной доминанты возникающих ВЧ автоколебаний. Необходимо учитывать, что чересчур усердная
компенсация устойчивости уменьшает обратную связь и подвергает риску эффективность снижение искажений.
В большом количестве реальных схем усилителей, для которых оказались полностью исчерпанными возможности описанных методов
достижения устойчивости, также используется метод подгонки амплитудно-частотной характеристики независимо от фазочастотной
характеристики с применением многозвенных (пошаговых) схем. Характеристики должны апробироваться и подгоняться на основе
результатов тестирования, но если обстоятельства вынуждают использовать данный метод, то динамический анализ с использованием
компьютерных программ является наилучшим средством для определения наихудшего из возможных вариантов и последующего использования
методов последовательных приближений для сведения его к оптимальному решению. Существует большое количество доступных для
анализа компьютерных программ, однако, не следует рассчитывать на особую точность полученного решения — точность полученного
решения будет определяться заложенной в программе моделью, использованной при создании методики расчета.
Таким образом, на практике методы достижения устойчивости в порядке приоритета следует располагать в следующем порядке:
• уменьшить количество каскадов, охваченных петлей обратной связи;
• подавить высокочастотную (либо низкочастотную) составляющую (доминанту) автоколебаний,
подбирая АЧХ и постоянные времени частотозадающих цепей соответствующим образом;
• подогнать под нужный результат методом последовательных приближений фазо-частотную
или амплитудо-частотную характеристику, используя многозвенные схемы лестничного типа.
Существует еще ряд проблем обеспечения устойчивости работы, которые являются специфичными для ламповых усилителей. Но
они имеют как хорошо известные симптомы, так и надежные средства борьбы с ними.
|
