8.2. Особенности выбора рт в импульсных каскадах

В отличие от усилительных каскадов гармонических сигналов, при выборе транзисторов для импульсных каскадов следует учитывать полярность выходного сигнала при выборе типа проводимости транзистора с целью экономии энергии источника питания. Если ИУ предназначен для усиления однополярного сигнала, то с энергетических соображений рекомендуется брать транзистор проводимости p-n-pдля выходного сигнала положительной полярностиn-p-n– для отрицательной.

Рис. 8.2. Выходные ДХ каскада с ОЭ ИУ

На рис. 8.2,а проиллюстрирован процесс выбора рабочей точки для импульсных сигналов с малой скважностью (Q10). Скважность Q определяется как отношение длительности периода следования импульсов к их длительности. Определить координаты рабочей точки (и точки, для которой рассчитываются параметры транзистора) можно, используя следующие соотношения:

;

.

На рисунке 8.2,б проиллюстрирован процесс выбора рабочей точки для импульсных сигналов с большой скважностью (Q>10). Определить координаты рабочей точки можно, используя следующие соотношения:

.

Выбор ограничен снизу нелинейной областью характеристик транзистора и необходимым допуском на возможное его уменьшение при изменении температуры, обычно.

Расчет усредненных параметров транзистора в этом случае следует вести для точки с координатами:

;

.

Для импульсных сигналов типа "меандр" (Q=2) выбор рабочей точки и типа проводимости транзистора аналогичен случаю гармонического сигнала.

Хотя приведенные выше соотношения ориентированы на БТ, на них следует ориентироваться и при расчете каскадов на ПТ, учитывая особенности последних.

8.3. Метод анализа импульсных искажений

Рассмотренные усилительные каскады могут быть использованы для усиления импульсных сигналов. Для оценки искажений формы усиливаемых импульсных сигналов необходимо рассмотреть переходные процессы в усилительных каскадах. При анализе переходных процессов будем считать каскады линейными, т.е. амплитуда сигналов в них существенно меньше постоянных составляющих токов и напряжений в рабочей точке. В этом случае наиболее удобным методом анализа является преобразование Лапласа (операторный метод).

Временной процесс в электрической цепи описывается системой интегро-дифференциальных уравнений (СИДУ). Применяя прямое преобразование Лапласа (ППЛ), приводят СИДУ к системе линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), которая просто решается относительно некоторой промежуточной функции, по которой с помощью обратного преобразования Лапласа (ОПЛ) находится решение для исходной СИДУ.

ППЛ функции вещественного переменного f(t) ("оригинала") служит для нахождения преобразованной функции f(p) ("изображения") и определяется соотношением:

.

ОПЛ определяется формулой:

,

где .

Практически "оригинал" f(t) находят по изображению f(p) с помощью таблиц [6], три примера приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Обратное преобразование Лапласа

f(p)	f(t)	Вид f(t)
	1

Из теоремы о предельных значениях следует, что если f(t)f(p), то:

.

Применительно ПХ h(t) получим:

,

где Y(p) получается из АЧХ заменой j на p, и учитывая, что "изображение" единичного скачка равно 1/p (см. табл. 8.1).

Из последнего выражения следует, что при временном анализе усилительного каскада возможно отдельное рассмотрение областей малых времен (МВ) и больших времен (БВ) по схемам каскада для областей ВЧ и НЧ соответственно, и нахождения и (см. рис. 2.5).

Итак, анализ усилительных каскадов при импульсных сигналах сводится к следующим операциям:

 зная Y(j), заменой j на р и делением на р полученного выражения переводят его в "изображение" ПХ h(p);

 пользуясь таблицей, по h(p) находят "оригинал" ПХ h(t);

 рассматривая h(t) для схемы каскада в ВЧ области, находят , и их зависимость от элементов;

 рассматривая h(t) для схемы каскада в НЧ области, находят  и его зависимость от элементов;

 исходя из допустимых искажений импульсного сигнала, получают формулы для выбора элементов схемы каскада.

Из-за сильного изменения параметров транзистора от тока при больших амплитудах импульсного сигнала (одного порядка с амплитудами напряжения и тока в рабочей точке) и использовании упрощенных моделей ПТ и БТ (до 0,5), что не позволяет вести учет высших гармонических составляющих спектра сигнала, вносящих существенный вклад в искажения формы сигнала, эскизный расчет усилительных каскадов во временной области характеризуется большей (в сравнении с расчетом в частотной области) погрешностью.

В какой-то степени скорректировать погрешность можно путем учета времени запаздывания (см. рис. 2.4), и усреднением параметров транзистора за время действия импульсного сигнала (рис. 8.2).