4.5 Низкочастотные и переходные искажения в усилителях переменного сигнала.

Под переменными сигналами понимаются такие сигналы, которые имеют относительно большие скорости изменения или малое время существования, а также сигналы, которые не содержат постоянных составляющих.

В усилителях переменных сигналовсоответственно между каскадами, на входе и выходе используются разделительные конденсаторы. Сопротивлениеразделительных кондесаторов (С_р)должно быть достаточно малым на тех частотах, на которых планируется использовать данный усилитель.Кроме этогов усилителях переменных сигналов используютблокировочные конденсаторы (С_б),исключающих влияние на распределение сигнальных потенциалов участков цепей, зашунтированных этими конденсаторами.(С_бс соответствующим резистором образующим интегрирующую цепочку, т.е. соответствующий фильтр) (рис. 4.11):

рис 4.11

В дальнейшем рассмотрим принципы выбора минимально возможных значений конденсаторов С_ри С_б , при которых спад АЧХ усилителя в разделительной цепи из-за действия С_бне превысит заданных значений_ри_б, соответственно. (_ри_б - спад АЧХ, соответственно).

Возмем два последовательно включенных усилительных каскада (ОЭ) (рис. 4.12):

Схему представленную на рис. 4.12 представим в виде эквивалентной схемы (рис. 4.13а - в качестве источника сигнала выступает источник тока i­_c, рис. 4.13б - в качестве источника сигнала выступает источник ЭДС с внутренним сопротивлением R_{экв.вых} и нагрузкой R_экв.вх).

рис.4.13

На средних частотах сопротивлиние С_р пренебрежимо мало всравнении сR_{экв.вых} и R_экв.вх.Тогда на средних частотах для схемы рис 4.13б коэффициент передачи частото-независим и равен: .

При переходе в низкочастотную область сопротивление С_р растет.

Цепь к которой прикладывают ЭДС Е_с(рис 4.14) состоит изR_{экв.вых} -X_c- R_экв.вх.Тогда увеличение X_cприводит к увеличению U₁,однако общее выходное напряжениеU₂ падает:

;

;

Применительно к эквивалентным схемам (рис. 4.13) можно записать, что :

;

где -крутизна, а -входноенапряжениепервого каскада:

;

;

где -вещественное число.

Тогда нормированную ВАХ разделительной цепи определяется соотношением:

; (4.12)

где :-коэффициент передачи на средней частоте;

- коэффициент передачи на произвольной частоте;

-нарастание времени разделительной цепи.

Если принято , что спад нормированной АЧХ не должен превышать величину , где -уровень отсчета (стандартный уровень отсчета ). Тогда согласно (4.12) можно записать величину емкости конденсатора , при которой спад АЧХ не превышает величину :

.

Как видно из этого соотношения, увеличение приводит к снижению величину .

Пример: Пусть ,

тогда :

Работа на МОП

Работа на биполярных транзисторах ,

Рассмотрим теперь зависимость от частоты работы усилительного каскада.

Назначение С_б в усилительных каскадах обеспечить заземление общего провода усилительного прибора (Э, БилиК)на общую шину усилителя на низких частотах, когда это невыполняется схемыОЭ , ОК, ОБвыступают в роли каскадовОЭ_f ,ОК_f, ОБ_f (в них в цепи общего электрода транзистора и общей шины присутствует резистивный элемент). Тогда в цепи общего электродаа присутствует (в общем виде) элемент:

,

где -резистивное сопротивление внешней цепи транзистора, шунтируемое конденсатором ;

- постоянная времени блокирующей цепи;

Для схемы (рис ). Поскольку в области низких частоткоэффициенты усиления каскадов меньше номинальных (на средних частотах) К₀в F раз .

.

В общем виде F имеет комплексный характер ).

А нормированная АЧХ имеет дополнительный спад _б , а ход основных частотных зависимостей определяется соотношениями:

(4.14а)

Для схем , ,

Для схемы ОЭ_f на рис.4.9 представлен ходM_б=f(f).

обычно g₂₁>>g₁₁>>g₂₂ наиболее заметно влияниеС_б проявляется в схемахОЭ_f , менее заметно вОБи практически не проявляется вОК. Тогда с учетом_б значениеС_б можно представить в виде:

ОЭ(ОИ):

; (4.14б)

; (4.14в)

Эти соотношения позволяют оценить значение С_б , обеспечивающим приемлимый уровень низкочастотных искажений.

Пример: Рассчитать значенияС_б для схемОЭ иОБсогласно (4.14б) и (4.14в) в соответствии с:

Подставляя данные в (4.14б) и (4.14в) имеем:

ОЭ:

ОБ:

 Величина С_б вОБ и ОЭне зависит от величиныR_f.

В любом усилительном каскаде не являющимся УПТ, т. е. с АЧХ , имеющей спад в области низких частот, возникают переходные искажения. Их суть состоит в следующем: Усилители переменных сигналов не способны передавать постоянные составляющие сигналов и медленно изменяющиеся составляющие сигналов. Если в схеме на рис. 4.8. сигнальный ток i_c или ЭДСE_c имеют вид скачка (рис. 4.10), то

напряжение на выходе (U₂) , будет изменяться по экспоненциальному закону:

где

При конечной длительности входного прямоугольного импульса (t_и) к моменту его окончания вершина импульса претерпевает спад на величину:

(4.15а)

Если t_и<<_p, тогда :

(4.15б)

гдеf_0,7 - нижняя граница полосы частот пропускания разделительной цепи, определенная по уровнюd=0,7.

Из (4.15б) вытекает, что при t_и <<_pследует значениеС_р:

Пример:

Чем