20. Широкополосные (импульсные) усилительные каскады. Площадь усиления резисторного каскада без ос и с частотнозависимой оос.

К широкополосным усилителям (ШУ) относятся такие усилители, в которых коэффициент усиления остается практически постоянным в широкой частотной области. Трудности по обеспечению этого постоянства возникают как в области низких (НЧ), так и высоких (ВЧ) частот, в результате чего АЧХ реального ШУ имеет заниженные и стремящиеся к нулю значения в этих частотных областях. Исключение составляют лишь усилители постоянного тока (УПТ), которые не обладают спадом АЧХ в области НЧ.

Схемное построение рис. 1 называется схемой простой высокочастотной коррекции. В этой схеме сопротивление нагрузки имеет повышенное значение на высоких частотах, благодаря чему в этой области частот уменьшается общий спад АЧХ. Схема рис. 2, называется схемой сложной или четырехполюсной коррекции. Ее применение позволяет получать существенные (порядка трехкратного) выигрыши в площади усиления, хотя и требует точной настройки схемы для полной реализации этого выигрыша. Частотная коррекция с помощью внутрикаскадной ОС создается на базе

с хемного построения ОЭf, в котором роль двухполюсника Zf, включаемого в эмиттерную цепь транзистора, играет частотно-зависимая цепь. По такой методике организуется схема высокочастотной эмиттерной коррекции, в которой в качестве Zf используют параллельное соединение резистора Rкор и конденсатора Скор.

Рис 1.

Рис 2.

21. Применение низкочастотной и высокочастотной коррекции для получения частотных и переходных характеристик с заданными искажениями.

Различают низкочастотную и высокочастотную коррекцию. Первая из них способствует компенсации возможного спада АЧХ в области низких частот, вторая — в области высоких. В зависимости от способа осуществления указанной компенсации коррекцию можно подразделить на коррекцию с использованием частотно-зависимых нагрузок и коррекцию с помощью частотно-зависимых внутрикаскадных обратных связей.

При низкочастотной коррекции коррекция достигается благодаря тому, что в качестве нагрузки

каскада используют цепи с таким частотно-зависимым характером преобразования ток—напряжение, который частично или полностью компенсирует спады АЧХ. При этом с помощью одной корректирующей цепи можно осуществить компенсацию частотных искажений не только того каскада, где схема коррекции применена, но и всего тракта в целом.

22. У

23. У

24. К

25. Нелинейные искажения. Метод расчета нелинейных искажений в усилителе.

Нелинейные искажения вызваны нелинейностью системы обработки и передачи сигнала. Эти искажения вызывают появление в частотном спектре выходного сигнала составляющих, отсутствующих во входном сигнале. Нелинейные искажения представляют собой изменения формы колебаний, проходящих через электрическую цепь (например, через усилитель или трансформатор), вызванные нарушениями пропорциональности между мгновенными значениями напряжения на входе этой цепи и на ее выходе. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного. Количественно нелинейные искажения оцениваются коэффициентом нелинейных искажений или коэффициентом гармоник. Типовые значения КНИ : 0 % — синусоида; 3 % — форма, близкая к синусоидальной; 5 % — форма, приближенная к синусоидальной (отклонения формы уже заметны на глаз); до 21 % — сигнал трапецеидальной или ступенчатой формы; 43 % — сигнал прямоугольной формы.

Коэффицие́нт нелине́йных искаже́ний (КНИ) — величина для количественной оценки нелинейных искажений, равная отношению среднеквадратичной суммы спектральных компонентов выходного сигнала, отсутствующих в спектре входного сигнала, к среднеквадратичной сумме спектральных компонентов входного сигнала, иногда используется нестандартизованный синоним — клирфактор (заимств. с нем.). КНИ — безразмерная величина, выражается обычно в процентах. Кроме КНИ уровень нелинейных искажений можно выразить с помощью коэффициента гармонических искажений.

Методы расчета нелинейных искажений.

Для расчета нелинейных искажений используют 2 метода:

В режимах близких к линейному (режим класса "А") применяют метод 5-и ординат;

В нелинейном режиме (режим класса "В") применяют метод углов отсечек.

Рассмотрим метод 5-и ординат:

Зависимость тока коллектора от входного напряжения определяется сквозной характеристикой. И из-за искажений, при синусоидальном входном напряжении, получим несинусоидальный ток коллектора, который можно представить рядом Тейлора:

где .

Для получим:

преобразовав получим:

Для того, чтобы достаточно точно рассчитать нелинейные искажения достаточно определить 4 гармоники. Для этого на сквозной характеристике при 5-и значениях t получим значения 5-и ординат:

1) ; 2)

3) 4)

5)

Графически это представлено на Рис. 7.8:

Рис. 7.8 – определение 5-и ординат.

По полученным значениям 5-и ординат определим I_m1, I_m2, I_m3, I_m4 и I_0К:

;

;

;

;

.

После этого можно рассчитать коэффициент нелинейных искажений:

, , .

.

Заключение:

для расчета нелинейных искажений необходимо:

Рассчитать режим работы каскада по постоянному току, и определить угол наклона нагрузочной линии по переменному току;

На основании выходных ВАХ и нагрузочной линии по переменному току, строят переходную характеристику во втором квадранте;

В третьем квадранте на выходных ВАХ строят динамическую выходную характеристику;

На основании динамической входной и переходной характеристик строится сквозная характеристика сквозная характеристика (для конкретного R_Вн.Ист);

По сквозной характеристике и заданному E_Вх (при его значениях +E_m, -E_m, , и 0) устанавливают конкретные значения 5-и ординат (I_max, I_min, I_0K, и ) и по формулам рассчитывают гармоники I_К;

Определяют коэффициенты искажений каждой гармоники (до 4-ой) и общий коэффициент искажения. Если _Общ_Зад расчет оканчивают, иначе применяют меры для понижения коэффициента искажений( увеличивают R_Вн.Ист, выбирают другой транзистор или смещают рабочую точку на более линейный участок ВАХ).

Схемы:

1. Двухкаскадный усилитель с непосредственной связью

2. Каскад на транзисторе с коррекцией искажений вершин импульсных сигналов с помощью специального коллекторного фильтра (R_ФС_Ф)

3. Однотактный на транзисторе с ОЭ

4. Дифференциальный каскад

5. Каскад на транзисторе с эмиттерной ВЧ коррекцией.

6. Каскад с параллельной ВЧ коррекцией (с корректирующей катушкой)

7. Резисторный каскад на транзисторе с эмиттерной схемой стабилизации тока покоя и развязывающим фильром (R_ФС_Ф в цепи питания).

8. Бестрансформаторный каскад мощного усиления на комплементарных транзисторах

9. Эмиттерный повторитель

10. Двухтактный (транформаторный) каскад общего усиления на транзисторах, работающих в режиме АВ(В)

11. Двухтактный бестрансформаторный каскад с последовательным возбуждением транзисторов.

12. Инвертирующий усилитель на ОУ

13. Неинвертирующий усилитель на ОУ

14. Активный фильтр НЧ усилитель на ОУ

Каскад первого порядка Каскад второго порядка

15. Активный фильтр ВЧ усилитель на ОУ