книги из ГПНТБ / Любивый В.И. Усилительные устройства учеб. пособие
.pdf- 130 -
иеаду точками А 8 |
практически равно |
S U 1Z a ч т .е . |
|||
U |
= |
S U X |
Я , |
|
) |
-----------------R |
|||||
АВ |
|
1 a . |
i + j c o C ^ R ^ |
|
|
Коэффициент усиления каскада |
на |
нижних частотах будет |
К Н” ^ДВ^С ’
где
К |
= |
UAB |
Я ф |
|
) |
|
|
- |
^ |
S=( R > |
|
|
|||
А » |
и |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент усиления схемы без учета раз |
||||
ы |
|
|
делительной цепи:' |
|
|
|
|
_ J |
b |
_____ J « * A , |
|
|
|
||
C ‘ V ] 5 ^ |
> * j “ cA |
|
|
|
|||
|
|
- коэффициент передачи разделительной цепи. |
|||||
Подставляя значения двух последних равенств в предыду |
|||||||
щее» пояучин |
|
|
|
|
|
|
|
у |
|
|
|
. |
j ^ |
c |
Cc |
|
|
|
|
i ^ j c o C ^ R ^ ' |
i * j c p R c C c |
||
или |
|
|
|
|
[ СЭ & |
С |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
I |
с |
с |
К Я * т |
п Н |
* |
|
|
|
. (2.48) |
|
|
|
|
|
“Кчр
Ест для самой низкой частоты диапазона нижних частот
выполняется |
неравенство -J— « оонс ^ и удовлетворяется равенст- |
||||||
во Я Р я » В . С . |
|
т т о |
|
|
|||
с с |
а |
Ф |
|
■ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.49) |
т.е. вовффициент усиления |
К-,. |
не |
зависит от частоты,по- |
||||
' |
|
|
|
|
И |
|
|
ка выполняются условия |
|
|
|
|
|||
|
|
ф |
ТсБСТ, |
» |
V |
c ' W |
|
|
|
• |
<1 |
<ф |
|
|
|
Б этом случае имеет место полная коррекция каскада уси лении в области нижних частое как по частотной, так и по фа зовой характеристикам,т.е. имеет место оптимальная коррекция,.
Следует отметить, что помимо корректирующего действия
элементы |
С ^ н |
представляют |
собой |
фильтр, который также |
защищает |
каскады от |
паразитной связи через источник питания |
||
и сглаживает пульсацию. |
|
|
||
Необходимость |
коррекции в области |
нижних частот в им |
||
пульсных усилителях |
обусловлена |
скоростью спада переходной |
характеристики от своего максимума. Это соответствует коррек ции плоской части импульса.
Коррекция плоской части импульса имеет существенное значение лишь при импульсах о'ольшой длительности, т .е . когда | постоянная времени по низкой частоте много меньше длительнос ти импульса. В этом случае за время действия импульса спад импульса может сильно исказить вершину импульса. Цель коррекн
ции-затормозить скорость спада плоской |
части в |
тем санам ум еф - |
|||||||
щить максимальную величину |
спада |
для данной длительности им |
|||||||
пульса. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Упрощенно процесс |
коррекции |
можно представить так: |
|||||||
из эквивалентной схемы, изображенной на |
рис. 2.29, следует, |
||||||||
что во время действия импульса на входе |
емкости |
С ф |
а |
||||||
Сс |
заряжаются. |
Возрастающее |
напряжение прикладывается к |
||||||
цепочке |
Rc |
С |
и в |
какой-то |
мере компексирует спад nanjMj- |
||||
жения на сопротивление |
Rc |
(на |
выходе),обусловленный |
зарядш |
|||||
конденсатора |
. |
По окончании импульса конденсатор |
|
будет разряжаться, создавая напряжение на выходе,противояошжЬ
ное |
по знаку тому, которое |
обусловлено |
разрядом емкости |
С* |
|||
т .е . происходит своего рода |
компенсация |
"хвоста" импульса.с |
|||||
|
Для усилителей импульсов |
неравенство й ф Сср<<3,м >7‘* |
|||||
записывают в фопме |
R |
» |
|
|
по формуле |
||
|
Относительный |
спад импульса можно рассчитать |
|||||
|
А сп = 2 R .^ |
|
г |
(2 .50) |
|||
|
|
|
|||||
|
Кс Сс |
|
|
||||
|
Он тем меньше, |
чем больше |
Е ц , |
по сравнению с |
. |
||
Это в одинаковой степени, очевидно, можно отнести |
и к частот |
||||||
ной |
характеристике. |
Цепочка |
С ф |
гем сильнее расширяет |
- 132
поносу частот в сторону убывания их , чем сильнее неравенст
во |
Яа . |
• |
|
|
|
|
Наибольшее возможное значение |
ТЛф |
ограничивается |
||
допустимым падением на |
нем постоянной |
составляющей напряже |
|||
ния источника |
анодного |
питания. |
|
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ |
|
||
1. |
Сущность метода коррекции частотных и фазовых харак |
||||
теристик, предложенного советским ученым Г.В,1рауде. |
|||||
2 . |
Нарисовать принципиальную схему для усилителя на пен-» |
||||
тоде с параллельной высокочастотной коррекцией и пояснить |
|||||
физическую сущность высокочастотной коррекции. |
|||||
3. |
Вывести формулу (2 .4 6 ). |
|
|
||
4 . |
Нарисовать переходные характеристики каскада с прос- ■ |
||||
той высокочастотной коррекцией и пояснить причины выбросов. |
|||||
5. |
Почему при достаточно больших |
т . |
в переходной ха |
||
рактеристике наблюдаются затухающие келебьния? |
|||||
6 . Вывести формулу (2 .49) |
|
|
|||
7. |
Нарисовать принципиальную схему усилителя с элемен- : |
тами коррекции в области низких частот и дать физическую трак(- товку коррекции в этой области.
8 . Чем ограничивается максимальная величина сопротивле
ния В ф |
в схеме (2 .28)? |
9. Дать физическую трактовку процессов в усилителе |
|
(рис.2.28) |
при подаче на вход прямоугольного импульса и пояс |
нить уиеньиеше спада вершины импульса на выходе при наличии низкочастотной коррекции.
10. |
Нарсовать принципиальную схему усилителя на пентоде |
|
с параллельной |
коррекцией высших и низших частот одновременно;, |
|
§ |
2.5 |
. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ |
Часто для обеспечения необходимого усиления одного кас када недостаточно, тогда включают несколько каскадов один за
- 133 -
другим, как показано на рис. 2.30,
Рис. 2.30
'Нетрудно показать, что коэффициент усиления многокаскад ного усилите ля равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов. Согласно определению обдай коэффициент усиления усилителя равен
ип* 1
Коб п
или |
и ; |
и 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ко5' |
и , |
и й |
|
|
|
|
|
|
откуда |
|
|
. |
i ф. |
|
|
|
|
|
|
|
|
* Ч . к |
Л |
|
||
об” |
R l K |
|
К { е |
1 |
М |
-(2.51) |
||
, -' 'K* Л„п-“ ЛЧ с |
|
”~ % |
в |
|||||
На основании последнего соотношения находим обдай модуль |
||||||||
коэффициента усиления |
K flg и суммарный угол сдвига |
Фазы ipQg |
||||||
выходного напряжения |
относительного |
входного дав |
всего |
|||||
усилителя, т .е . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, . к „■ |
T o S - W |
|
Тп |
|
(2.52) |
||
Если каскады одинаковые, то |
|
|
|
|
|
|||
R o6 = K " |
R |
Н с б * " 1? » |
|
|
|
{2*53) |
||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
й 1 , К * в - |
V P * — |
- < P n = tf |
т-
Для случая (2.53) частотную характеристику для области нижних частот можно записать в виде
КF |
О |
Ко.об |
(2.54) |
• г |
|
||
|
/ i > |
|
|
>ле |
п |
“ коэффициент усиления в об |
|
Ь*ооб= |
|||
|
|
ласти |
средних частот1} |
|
ч |
- постоянная времени нижних |
частот.
Коэффициент частотннх искажений, очевидно, определяет ся выражением
|
п Н.О-б |
.... |
(2.55) |
Отсчитывая нижнюю частоту многокаскалного усилителя |
|||
t o „ o6 |
на уровне n HQb- f 2 |
, выразим ее |
черев нижнюю |
частоту |
илн однокаскадного усилителя |
|
|
|
|
|
(2.56) |
Аналогичное соотноиение получим для области верхних частот
(2.57^
где |
со |
Если каскады различны, то в этом случае при расчетах многокаскадных усилителей можно пользоваться приближенными формулами f 25 J
- 135 -
v{*7.. |
<JL |
(2.58) |
|
V |
фазовую характеристики многокаскадного усилителя можно рас считать точно по известным характеристикам его каскадов.Пе реходную же характеристику многокаскадного усилителя с раз личными каскадами нельзя получить простым и точным спопооом - из переходных характеристик его каскадов,поэтому величины, характеризующие переходные искажения, в этом случае определя-ч ются по приближенным формулам.
Время установления многокаскадного усилителя , со стоящего из одинаковых каскадов, у кетовых выбросы отсутст
вуют, |
определяется приближенным выражением f |
2 ] |
|||
|
|
■ ^4,06* ^ |
П |
, |
(2 .60) |
где |
- втюмя установления одного каскада; |
||||
|
- число каскадов в усилителе. |
|
|||
|
При малом выбросе в каждом каскаде порядка 1-2% время |
||||
установления определяется |
|
|
|
||
|
I |
4 |
0)5 |
|
|
3 ростом ъ_броса показатель п убывает. Для различных каскадов с выбросом, не превышающим нескольких процентов, время установления многокаскадного усилителя приближенно буде}1
Ь j.oS |
Г |
(2.62) |
|
• |
Следует ответить, что |
выражение (2 .25) , полученное для |
|
одного каскада, приближенно справедливо |
и для многокаскадно |
|
го усилителя |
|
|
. |
М |
(г .63) |
|
------- |
Выброс многокаскадного усилителя,имеющего каскады с примерно одинаковым временем установления и с различными,но небольшой выбросами, приближенно можно определить формулой
(2.64)
Если многокаскадный усилитель состоит из одинаковых кас-1 кадов, каждый из которых имеет выброс, равный критическому, то его выброс равен выбросу одного каскада, т .е .
Под понятием кртичесного выброса понимают такой , при котором выброс многокаскадного усилителя с одинаковыми кас кадами равен выбросу одного каскада. Для параллельной высо кочастотной коррекции он равен примерно 1% . Следует.отметит^, что формулы (2.60) - (2.65) пригодны для усилителей, каска
да которых имеют близкие постоянные времени (примерно оди наковые).
Польем или спад плоской вершина импульса в икогокаскадвоя усилителе при небольшой его величине A 0g=SO,l можно приближенно определить по формуле
Л о6 * |
+ |
* & п * |
(2.66) |
где A j , а а , . . . л п |
- |
подъем или спад, вносимый первым, |
|
|
|
вторым и т .д . |
каскадами. |
|
- 137 |
- |
|
|
|
|
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСИ |
|
|
||
I» |
Вывести Формулу (2.57) |
для высшей частоты |
gj£ oj |
||
многокаскадного усилителя. |
|
|
|
|
|
2. |
Пояснить физически увеличение |
^ но§ |
и уменьшение |
||
bjgo6 многокаскадного усилителя |
по сравнению |
оэи |
и |
||
однокаскадного усилителя. |
|
|
|
|
|
3. |
Пояснить физически уменьшение |
крутизны переднего фрон |
та импульса на выходе многокаскадного усилителя по мере уве-| личения числа г» одинаковых каскадов,
4»,Пояснить физически рост спада выходного импульса мно-i гокаскадного усилителя по мере увеличения числа одинаковых каскадов.
§ 2,6. ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ КАСКАД УСИЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Общие сведения о трансформаторном каскаде
В отличие от реостатного каскада усиления трансформа торный каскад может применяться не только как усилитель нап нения, но и как усилитель мощности.
Трансформаторный каскад усиления напряжения обладает рядом недостатков, ограничивающих область его применения, в частности:
1. Он имеет значительно худшую частотно-фазовую и пе реходную характеристики, чем реостатный.
2. Вес,габариты и стоимость трансформатора значительно ; больше веса, габаритов и стоимости деталей реостатного кас када.
3. Трансформаторные усилители менее устойчивы, чем рео статные, и сильнее подвержены влиянию внешних электромагнит-! яых полей, что в некоторых случаях вынуждает применять экра нировку и усложнять конструкцию усилителя.
Поэтому всюду, где возможно, следует предпочесть каскад! на сопротивлениях. Однако трансформаторный каскад обладает
рядом преимуществ по сравнению с реостатным:
1. Малое выходное сопротивление трансформатора по постоян ному току делает его очень удобным для возбуждения каскадов, работающих с сеточными токами.
2. При использовании повышающего трансформатора виамож-j но получение коэффициента усиления большего, чеы^Лламггаг: Одна ко следует имет в виду, что получение большого коэффициента! усиления возможно в узком диапазоне частот.
3 . Относительно малое сопротивление первичной обмотки трансформатора постоянному току позволяет применять ицточни- ' ки анодного питания с меньшим напряжением, чем в усилителях на сопротивлениях. Падение на первичной обмотке постоянного напряжения обычно не превышает 10-20в.
4 . Трансформатор позволяет получить вход и выход каска да симметричным по отношению к земле.
5. Возможно получить подъем частотной характеристики в , области высших частот, что компенсирует западание характерис тики на других участках усилительного тракта.
В трансформаторном каскаде можно использовать любой уси лительный элемент-триод, экранированную лампу, транзистор.
Значительно чаще применяется трансформатор в качестве элемента межкаскадной сгйзй в транзисторных усилителях. Его прййоНение позволяет лучше использовать усилительные свойст ва транзистора и получить большее усиление на каскад.
Принципиальные схемы трансформаторных каскадов предвари-ч тельного усиления на лампе иГ транзисторе’ приведены на рис.2.31 и 2 .32. Первичная обмотке трансформатора включена в выходную цепь усилительного элемента, а вторичная обмотка подключена к входной цепи следующего каскада или к нагрузке. Выходная цепь усилительного элемента питается через первич
ную обмотку |
трансформатора, а необходимое напряжение или |
т с - смещения |
на входную цег *, следующего каскада подается |
через вторичную обмотку. Переменная составляющая выходного тока,проходя через первичную обмотку трансформатора,создает на ней падение напряжения, трансформирующегося"во"втЬричну1 обмотку и попадающего во входную цепь следующего каскада.
- 139 -
Для ‘Изменения свойств трансформаторного каскада или упрцгоени* конструкции одну из его обмоток (иди обо) иногда шунти руют активным сопротивлением.
Эквивалентная схема
Эквивалентная схема трансформаторного каскада изображе на на рис.2.33.
Здесь усилительный элемент (лампа или транзистор) пред ставлен в виде генератора напряжения juU^ с внутренним со противлением R-t = i . Такое представление позволяет нагляднее проследить за свойствами трансформаторного каскада.