Osnovy_skhemotekhniki_posobie

В области СЧ определяется номинальный коэффициент усиления:

Следует отметить, что в оконечном каскаде номинальный коэффициент усиления больше, чем в каскаде предварительного усиления, что обусловлено

малым входным сопротивлением каскада YВх .

При заданном коэффициенте усиления можно определить сопротивление

коллекторной цепи RК:

Анализ работы каскада в области НЧ.

Поведение каскада в НЧ области полностью определяется постоянной времени в области НЧ – H:

Из полученных выражений видно, что при прочих равных условиях постоянная времени в области НЧ для оконечных каскадов больше, чем для

Из (7.6) и (7.7) следует, что при одинаковых частотных искажениях разделительные ёмкости в оконечных каскадах будут меньше, чем в каскадах предварительного усиления.

81

Максимальная эквивалентная проводимость, при которой обеспечиваются

заданные частотные искажения Мв на верхней граничной частоте в:

При прочих равных условиях частотные искажения в каскадах предварительного усиления будут больше чем в оконечном каскаде,

работающем на высокоомную нагрузку с малым значением ёмкости нагрузки.

Одинаковые частотные искажения будут в том случае, когда выполняется приближенное равенство: RВх CВх RН CН .

При заданных частотных искажениях Мв на верхней граничной частоте

в можно определить сопротивление коллекторной цепи RК 1YК :

сопротивления коллекторной нагрузки, при котором обеспечиваются заданные

частотные искажения в ВЧ области.

Контрольные вопросы

38)Каким сопротивлением определяется входное сопротивление каскада предварительного усиления по схеме ОЭ?

а) Сопротивлением между затвором и «землей». б) Сопротивлением между эмиттером и «землей».

в) Сопротивлением между коллектором и питанием. г) Сопротивлением нагрузки д) Сопротивлениями базового делителя.

83

39)В каком соотношении находятся номинальные коэффициенты усиления каскадов предварительного усиления и оконечного каскада, работающего на высокоомную нагрузку?

а) В каскаде предварительного усиления номинальный коэффициент усиления больше, чем в оконечном каскаде, что обусловлено малым входным сопротивлением каскада общий эмиттер.

б) В оконечном каскаде номинальный коэффициент усиления больше, чем в каскаде предварительного усиления, что обусловлено малым входным сопротивлением каскада общий эмиттер.

в) В каскаде предварительного усиления номинальный коэффициент усиления больше, чем в оконечном каскаде, что обусловлено малой амплитудой сигнала в каскадах предварительного усиления.

г) В оконечном каскаде номинальный коэффициент усиления больше, чем в каскаде предварительного усиления, что обусловлено малой амплитудой сигнала в каскадах предварительного усиления.

д) В каскаде предварительного усиления номинальный коэффициент усиления больше, чем в оконечном каскаде, что обусловлено большой величиной сопротивления нагрузки.

40)В каком соотношении находятся емкости разделительных конденсаторов каскадов предварительного усиления и оконечного каскада, работающего на высокоомную нагрузку?

а) При одинаковых частотных искажениях разделительные ёмкости в оконечных каскадах будут меньше, чем в каскадах предварительного усиления.

б) При одинаковых частотных искажениях разделительные ёмкости в оконечных каскадах будут больше, чем в каскадах предварительного усиления.

в) При одинаковых частотных искажениях разделительные ёмкости в оконечных каскадах и в каскадах предварительного усиления будут одинаковые.

г) Емкость разделительного конденсатора определяется независимо от того в какой каскад она устанавливается.

41)В каком соотношении находятся частотные искажения каскадов предварительного усиления и оконечного каскада?

а) При прочих равных условиях частотные искажения в каскадах предварительного усиления будут больше чем в оконечном каскаде, работающем на низкоомную нагрузку с малым значением ёмкости нагрузки.

б) При прочих равных условиях частотные искажения в каскадах предварительного усиления будут меньше чем в оконечном каскаде, работающем на низкоомную нагрузку с малым значением ёмкости нагрузки.

в) При прочих равных условиях частотные искажения в каскадах предварительного усиления будут больше чем в оконечном каскаде, работающем на высокоомную нагрузку с малым значением ёмкости нагрузки.

г) При прочих равных условиях частотные искажения в каскадах предварительного усиления будут меньше чем в оконечном каскаде, работающем на высокоомную нагрузку с малым значением ёмкости нагрузки.

8. Усилительные каскады с коррекцией

Современная техника часто требует усиления электрических сигналов,

имеющих очень широкую полосу частот: от единиц или десятков герц до десятков мегагерц. Поэтому, для широкополосного усиления используют

84

резисторный каскад, обладающий очень хорошей частотной и переходной характеристиками, и расширяют полосу усиливаемых частот добавлением в схему специальных цепей, называемых корректирующими.

Различают следующие виды корректирующих цепей:

­Цепи, расширяющие полосу пропускания каскада в НЧ области, называют цепями (или схемами) низкочастотной коррекции (НЧ коррекция). НЧ коррекция улучшает переходную характеристику в области больших времен,

то есть уменьшает спад вершины импульса.

­Цепи, расширяющие полосу пропускания каскада в ВЧ области, называют цепями (или схемами) высокочастотной коррекции (ВЧ коррекция). ВЧ коррекция улучшает переходную характеристику в области малых времен,

то есть уменьшает время нарастания фронта.

Схемы ВЧ коррекции подразделяют на два подвида: схемы ВЧ коррекции с использованием корректирующей индуктивности и схемы ВЧ коррекции с использованием частотно-зависимой ООС.

Все методы частотной коррекции основаны на введении в усилитель дополнительных элементов. Корректирующие элементы должны обеспечивать требуемую частотную коррекцию, не нарушая основные параметры и характеристики усилителя. Метод Брауде позволяет определить оптимальные параметры схем частотной коррекции с целью приближения АЧХ реального усилителя K к АЧХ идеального усилителя – K const (рис.1.2).

Из курса ОТЦ известно, что для любого линейного четырехполюсника передаточная функция может быть представлена в виде отношения двух полиномов:

Для выполнения условия физической реализуемости линейного четырехполюсника (K 0 при 0) должно выполняться неравенство

n m.

85

Для того чтобы приблизить реальную АЧХ линейного четырехполюсника к идеальной следует изменить коэффициенты полиномов таким образом, чтобы коэффициенты при одинаковых степенях частоты в числителе и знаменателе были равны:

Так как коэффициенты ai и bi зависят от известных параметров исходного некорректированного усилителя и параметров корректирующих элементов, то решение системы равенств для коэффициента передачи усилителя позволит определить оптимальные параметры корректирующих элементов.

8.1. Индуктивная ВЧ коррекция

На рис.8.1 представлена схема ВЧ коррекции с добавочной

индуктивностью в каскаде на полевом транзисторе

Коррекция осуществляется с помощью катушки индуктивности

включенной последовательно с резистором RС. Принцип действия основан на увеличении сопротивления цепи стока в области ВЧ: в области ВЧ сопротивление цепи стока определяется согласно (8.3), в областях НЧ и СЧ согласно (8.4).

86

Eпит

Rз RиСиRн

Рис.8.1. Принципиальная схема каскада ОИ с индуктивной ВЧ коррекцией

Индуктивная ВЧ коррекция эффективна только при работе на высокоомную нагрузку, то есть нагрузка усилителя или входное сопротивление следующего каскада высокоомные: RН RС или RВх RС . В случае низкоомной нагрузки или низкоомного входного сопротивления следующего каскада, сопротивление нагрузки каскада зашунтирует сопротивление цепи стока ZС RС j Lкорр. Поэтому, такую схему коррекции можно применять или в оконечном каскаде с высокоомной нагрузкой, например, когда нагрузкой является кинескоп или осциллографическая трубка, или в том случае, когда входное сопротивление следующего каскада велико, например следующий каскад собран на полевом транзисторе.

Для получения эквивалентной схемы используем допущения, которые применялись при анализе работы каскада в области ВЧ.

И

Рис.8.2. Эквивалентная схема каскада с индуктивной ВЧ коррекцией

Эквивалентную схему (рис.8.2) можно упростить, полагая что нагрузка

является высокоомной (рис.8.3).

87

С

Уменьшение спада частотной характеристики в области верхних частот при включении корректирующей индуктивности Lкорр объясняется тем, что

транзистор оказывается нагруженным на параллельный колебательный контур,

состоящий из Lкорр и С0 СВых СВх СМ . Если резонансная частота этого

контура соответствует верхней частоте рабочего спектра частот входного сигнала, то его сопротивление в ВЧ области будет больше сопротивления цепи

стока RС на средней частоте. Следовательно, в ВЧ области коэффициент

усиления увеличивается и АЧХ выпрямляется. В областях НЧ и СЧ

сопротивление катушки индуктивности пренебрежимо мало, в

сравнении с сопротивлением стока RС и не оказывает влияния на работу схемы.

Определим с использованием метода Брауде оптимальное значение

корректирующей индуктивности Lкорр . Передаточная функция каскада с

высокочастотной индуктивной коррекцией для области верхних частот будет иметь вид:

88

Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте определяется выражением:

где K0 – номинальный коэффициент усиления, который при высокоомной нагрузке и большом входном сопротивлении ПТ можно считать по

приближенной формулеK0 S RC.

Модуль коэффициента частотных искажений определяется выражением:

В числителе выражения (8.7) находится полином второй степени m 2, в

знаменателе – четвертой степени n 4, следовательно n m, с увеличением частоты усиление падает до нуля K0 0. Элементы Rс и C0 известны из расчета исходного каскада. Необходимо определить величину корректирующей индуктивности Lкорр .

По методу Брауде условием оптимальности будет равенство коэффициентов при одинаковых степенях частоты в числителе и знаменателе выражения – для записанного коэффициента частотных искажений при членах

2:

Следовательно, уравнение для нахождения величины корректирующей индуктивности будет иметь вид:

89

Из условия физической реализуемой индуктивности (Lкорр 0) получаем выражение для оптимального значения индуктивности Lopt :

На рис.8.4 представлены АЧХ и ПХ при различных значениях корректирующей индуктивности Lкорр .

Рис.8.4. АЧХ и ПХ каскада с индуктивной ВЧ коррекцией при различных значениях корректирующей индуктивности: 1 – без коррекции Lкорр Lopt , 2 – оптимальная

коррекция Lкорр Lopt , 3 – перекоррекция Lкорр Lopt

Из представленных на рис.8.4 графиков видно, что при введении ВЧ коррекции увеличивается верхняя граничная частота и уменьшается время нарастания фронта. При перекоррекции (вариант 3 на рис.8.4) имеем сокращенный фронт импульса, но появляется возбуждение колебаний, то есть искажается форма сигнала. Использование перекоррекции возможно в отдельных каскадах многокаскадного усилителя для получения равномерной АЧХ всего усилителя, при отсутствии коррекции в остальных каскадах.

Теоретически верхнюю граничную частоту можно поднять на 82%. Дальнейшее увеличение ограничено членом второй степени в знаменателе (8.5), который будет давать спад АЧХ.

К преимуществу индуктивной ВЧ коррекции следует отнести увеличение площади усиления – K0 с ВЧ корр K0 без ВЧ корр (при оптимальной коррекции площадь усиления увеличивается в 1,72 раза):

90