4.7.2. Передача фронта импульса
Поскольку транзистор является инерционным элементом, то при скачкообразном изменении входного напряжения выходное напряжение Uвых не может измениться мгновенно, поэтому в выходном импульсе появляется передний фронт конечной длительности.
Uвых нарастает по экспоненте с постоянной времени τв:
,
(4.76)
где:
.
(4.77)
Причинами появления фронта являются инерционность транзистора, определяемая величиной τβ, и ёмкость Скэ, напряжение на которой не может измениться мгновенно.
Переходный процесс описывается функцией h(t):
(4.78)
Из переходной характеристики можно найти длительность фронта импульса tф. Принято tф определять как время, в течение которого Uвых изменяется от 0,1 до 0,9 от своего установившегося значения. Подставляя в выражение (4.82) значения 0,1 и 0,9, найдём значения для t1 и t2:
отсюда длительность фронта:
tф=t2 – t1=τв( - ln 0,1+ln 0,9) = τв ln9 ≈ 2,2τв. (4.79)
Если задана длительность фронта усиливаемых прямоугольных импульсов, которая не должна превышать 0,1tи, то требуемое значение τв можно определить из соотношения:
(4.80)
Это же соотношение позволяет получить однозначную связь между длительностью фронта и верхней граничной частотой усилителя:
tф
=2,2∙τв=
=
=
(4.81)
Приведённые выше соотношения позволяют определить верхнюю и нижнюю граничные частоты через допустимые искажения импульса:
(4.82)
Таким образом, расчёт усилителя импульсного сигнала с заданными параметрами длительности импульса или фронта импульса и относительного спада импульса сводится к расчёту усилителя гармонических сигналов.
5 Усилители с обратной связью
5.1. Виды обратных связей
Обратной связью в усилителе называют передачу части мощности выходного сигнала с выхода усилителя на его вход. При этом мощность, передаваемая по цепи обратной связи Pос значительно меньше выходной мощности усилителя Pвых, но она может быть соизмерима с мощностью входного сигнала Pвх усилителя. Структурная схема усилителя с обратной связью приведена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Структурная схема усилителя с обратной связью
Звено
обратной связи (ОС) характеризуется
коэффициентом передачи
,
показывающим связь выходного параметра
этого звена (напряжения, тока) с таким
же параметром выходной цепи усилителя.
Коэффициент усиления усилителя
и коэффициент передачи цепи ОС
в общем случае могут иметь комплексные
значения. Если работа усилителя
осуществляется в области средних
частот, а в цепи ОС отсутствуют
реактивные элементы, то коэффициенты
передачи усилителя и цепи ОС будут
характеризоваться действительными
значениями К
и ß.
По виду воздействия на входной сигнал усилителя:
положительная;
отрицательная.
При положительной ОС входной сигнал увеличивается, при отрицательной – уменьшается.
Отрицательная обратная связь, как будет показано ниже, улучшает основные параметры усилителя, в связи с чем она находит преимущественное применение.
По способу получения сигнала ОС:
по напряжению;
по току.
При ОС по напряжению (рис. 5.2,а) напряжение обратной связи Uос пропорционально выходному напряжению Uвых, а при ОС по току (рис. 5.2,б) – пропорционально выходному току.
Рис. 5.2. Способы получения сигнала обратной связи:
а) ОС по напряжению; б) ОС по току.
3. По способу подачи сигнала обратной связи на вход усилителя:
ОС последовательного типа;
ОС параллельного типа.
Рис.
5.3. Способы подачи сигнала обратной
связи на вход усилителя:
а) ОС последовательного вида; б) ОС параллельного вида.
При последовательной ОС напряжение обратной связи подаётся последовательно с входным сигналом (рис. 5.3,а), а при параллельной – параллельно входной цепи усилителя (рис. 5.3,б).