3.3.3. Схемы коррекции с обратной связью
Из-за большого разброса параметров биполярных транзисторов и сильного изменения их при колебаниях температуры, напряжения питания, старении и замене, изменения коэффициента усиления и характеристик каскадов предварительного усиления при рассмотренных выше схемах коррекции обычно оказываются недопустимыми. Поэтому в широкополосных каскадах предварительного усиления с биполярными транзисторами используют схемы коррекции, вводящие в каскад достаточно глубокую отрицательную обратную связь, сильно уменьшающую изменения коэффициента усиления и характеристик каскада при замене транзистора, старении и воздействии на каскад других факторов. Рассмотрим наиболее употребительные схемы этого типа и их основные свойства.
Схема низкочастотной коррекции c комплексной обратной связью в резисторном каскаде изображена на рис. 3.3.7. Включенная между коллектором и базой последовательная цепочка RсCс здесь создает параллельную отрицательную обратную связь по напряжению, уменьшающую усиление каскада и стабилизирующую его свойства и характеристики. Сопротивление резистора Rс берут таким, чтобы получить нужную глубину обратной связи, а емкость Сс должна быть настолько велика, чтобы ее сопротивление на верхних и средних частотах было мало по сравнению с Rc. Тогда на этих частотах сопротивление цепочки CсRс будет практически постоянно и равно Rc, следовательно, постоянна и глубина обратной связи, При понижении частоты возрастающее сопротивление емкости Сс увеличивает сопротивление цепочки CсRс и глубина обратной связи уменьшается, что приводит к повышению коэффициента усиления схемы с уменьшением частоты.
Рис. 3.3.7. Эмиттерная высокочастотная
коррекции обратной коррекция: а – принципиальная схема; б – частотная характеристика каскада без коррекции; в – частотная характеристика каскада с коррекцией, но при отсутствии вносимых транзистором частотных искажений; г – результирующая характеристика схемы
Частотные и переходные
характеристики этой схемы
совпадают с
характеристиками
схемы низкочастотной
коррекции цепочкой СфRф,
при-веденными на рис. 3.3.3; коэффициент
m здесь определяется
отношением CcRc
к CRн,
а
петлевым
усилением. Изменение емкости конденсатора
Сс позволяет получать частотную
и переходную характеристики как без
подъема, так и с подъемом нужной величины.
Следует заметить,
что вводимая цепочкой CcRc
обратная связь улучшает характеристики
каскада и в области верхних частот.
Низкочастотную коррекцию комплексной обратной связью иногда объединяют с высокочастотной коррекцией, для чего в цепочку обратной связи CcRc добавляют дроссель высокочастотной коррекции Lc, показанный на рис. 3.3.7 пунктиром.
Высокочастотная коррекция
В широкополосных каскадах, работающих на следующий каскад с биполярным транзистором, очень хорошие результаты дает схема эмиттерной высокочастотной коррекции (рис. 2.8.2), в которой корректирующая цепочка RЭ.КCЭ.К включается в цепь эмиттера следующего каскада. Здесь RЭ.К создает последовательную отрицательную обратную связь по току, уменьшающую усиление каскада во всей полосе частот и стабилизирующую его свойства.
Присоединяемый параллельно RЭ.К конденсатор Сэ.к очень малой емкости ослабляет обратную связь лишь на верхних частотах, что увеличивает усиление каскада при повышении частоты, компенсируя его падение от влияния нагружающей каскад емкости С0. Изменяя Сэ.к, можно получить частотную характеристику на верхних частотах как без подъема, так и с подъемом (рис. 2.8.2г), а переходную характеристику в области малых времен — без выброса или с выбросом нужной величины. Частотная характеристика без подъема с наиболее широкой полосой пропускания (наилучшая характеристика) получается при определенном соотношении постоянных времени цепочки эмиттерной стабилизации CЭ.КRЭ.К и входной цепи транзистора Сб.эRэкв.в; выигрыш в площади усиления при такой характеристике схема дает около 1,5 раз, т. е. почти столько же, сколько дает параллельная коррекция индуктивностью. Критический выброс у схемы эмиттерной высокочастотной коррекции, как и у схемы параллельной коррекции, близок к 1 %.
Практика показала, что при эмиттерной коррекции сопротивление резистора R в цепи коллектора корректируемого каскада следует брать порядка входного сопротивления транзистора, на который работает рассчитываемый каскад; нужную полосу пропускания или время установления каскада обеспечивают выбором глубины обратной связи, создаваемой резистором RЭ.К. Если падение напряжения питания на RЭ.К достаточно для обеспечения необходимой стабильности точки покоя, то дополнительную стабилизирующую цепочку RэCэ исключают.
Отрицательная обратная связь, действующая в каскаде с эмиттерной коррекцией, снижает нелинейные искажения и помехи, уменьшает изменение коэффициента усиления каскада и его характеристик при замене транзисторов, их старении и изменении температуры, повышая надежность устройства; она также позволяет сильно уменьшить емкость конденсаторов С и Сэ.сл.
В широкополосных каскадах, работающих на следующий каскад с полевым транзистором, можно осуществить высокочастотную коррекцию, аналогичную эмиттерной и называемую истоковой высокочастотной коррекцией. Однако такие схемы применяют редко, так как здесь лучшие результаты дает применение коррекции индуктивностью (см. рис. 3.3.4 и 3.3.6).
Высокочастотную коррекцию в каскаде, работающем на вход биполярного транзистора, можно осуществить параллельной обратной связью по напряжению, ослабляемой на верхних частотах индуктивностью Lc, включенной в цепочку обратной связи (см. рис. 3.3.7); такую коррекцию называют коллекторной высокочастотной. Если низкочастотная коррекция в каскаде не нужна, конденсатор Сс берут настолько большой емкости, чтобы он не ослаблял обратной связи на низшей частоте. Эта схема снижает коэффициент гармоник, повышает площадь усиления и стабильность показателей каскада; при ней входное сопротивление почти постоянно в полосе рабочих частот, тогда как при эмиттерной коррекции оно изменяется в десятки раз и более. Однако из-за большого числа компонентов и наличия индуктивности, нежелательной в малогабаритных конструкциях, такую коррекцию применяют редко.
В широкополосных каскадах высокочастотную коррекцию можно не применять, если верхняя усиливаемая частота и коэффициент усиления каскада без коррекции оказываются достаточными, но даже и в этом случае коррекцию обратной связью нередко вводят для того, чтобы при старении транзисторов, их замене, изменении температуры и напряжения питания показатели усилителя были достаточно стабильными.
4. БАЗОВЫЕ СХЕМНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ
НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ
4.1. Усилители постоянного тока
4.1.1. Основные свойства и применение
В настоящее время усилители постоянного тока (УПТ) являются одной из наиболее распространенных разновидностей усилительных устройств. Их широко используют в электронной измерительной аппаратуре, осциллоскопах, в системах автоматической регулировки усиления радиоприемных и телевизионных устройств, электронных вычислительных машинах, электронных стабилизаторах напряжения и тока, всевозможных управляющих, регулирующих и следящих системах и целом ряде других случаев. Как указывалось в классификации усилителей, усилителями постоянного тока называют такие, которые могут усиливать очень медленные электрические сигналы; их низшая рабочая частота fн=0, а высшая рабочая частота fв определяется назначением усилителя и предъявляемыми к нему требованиями. Так как УПТ усиливает как переменную, так и постоянную составляющие сигнала, то в отсутствие сигнала на входе такого усилителя на его выходе должны отсутствовать как переменная, так и постоянная составляющие напряжения; в противном случае нарушится пропорциональность между входным и выходным напряжениями и при перемене полярности постоянной составляющей входного сигнала, полярность постоянной составляющей на выходе может не измениться. Частотная и амплитудная характеристики УПТ показаны на рис.4.1.1
По схеме и принципу действия усилители постоянного тока делятся на две группы: УПТ прямого усиления и УПТ с преобразованием частоты.
