ЛЕКЦИЯ 6. Импульсные широкополосные усилители. Коррекция низких и высоких частот в усилителях.

1. Переходная характеристика импульсного усилителя.

2. Искажение импульсов в схеме при отсутствии коррекции.

3. Коррекция низких и высоких частот в усилителях.

4. Расчет характеристик выходного каскада в области верхних частот (или малых времен)

5. Расчет характеристик каскада в области нижних частот (или больших времен)

1. Переходная характеристика импульсного усилителя.

Для идеального:

Для реального:

При усилении импульсного сигнала искажения состоят в следующем:

1) Искажения в области малых времен: 0<t<<_н

Искажения состоят в том, что нарастание перепада напряжения происходит не мгновенно, а с затягиванием во времени.

Это затягивание определяется величиной _В.

Чем меньше _В, тем меньше длительность фронта перепада напряжения.

2) Искажения в области больших времен:

(t>>_В)

Состоят в том, что вместо постоянного сигнала на выходе мы получаем сигнал спадающий по величине во времени.

 _н – характеризует скорость спада.

При усилении одиночного импульса наблюдаются следующие искажения:

2. Искажение импульсов в схеме при отсутствии коррекции.

t_ф=t_0,9-t_0,1=2,9_В=2,2/_В

Искажение оценивается:

А) длительностьЮ фронта:

t_ф (t_у) , время, за которое выходной сигнал изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 от своего установившегося значения.

Б) спадОМ плоской вершины:

*180%=(t_и/_н)*100%

3. Коррекция низких и высоких частот в усилителях

3.1. Коррекция низких частот в усилителях

Для усиления импульсных сигналов обычно используют усилители с RC связью, в которых для расширения диапазона усиливаемых частот применяют специальные меры, т.е. вводят специальные элементы – проводят коррекцию АЧХ.

Коррекция АЧХ осуществляется следующими способами:

1. Путем введения частотно-зависимых сопротивлений в коллекторную цепь.

2. Путем введения частотно-зависимых обратных связей.

Частотная коррекция в области низких частот с использованием частотно-зависимого сопротивления коллекторной цепи.

R_ф,C_ф – расширяют диапазон усиливаемых частот.

Оптимально подобранные элементы коррекции низких частот не должны давать выброса АЧХ.

3.2. Расчет высокочастотной коррекции в резистивном усилительном каскаде

В случаях, когда простые резистивные усилительные каскады не способны обеспечить равномерное усиление в широкой полосе частот, для расширения полосы применяют следующие меры:

— вводят специальные корректирующие элементы с тем, чтобы уменьшить изменение усиления при изменении частоты;

— выбирают активные элементы с большой площадью усиления и малыми значениями входных и выходных емкостей.

Для осуществления коррекции АЧХ в области верхних частот существуют различные способы. При одном из способов последовательно с нагрузкой в коллекторную цепь биполярного транзистора включают индуктивность.

Схема индуктивной высокочастотной коррекции

Корректирующая индуктивность L_к увеличивает индуктивное сопротивление на высоких частотах, что компенсирует уменьшение усиления за счет шунтирующего действия емкости:

С_экв=С_вых+С_монт+С_н,

где C_вых=C_кS₀r_б — выходная емкость каскада; С_монт — емкость монтажа и С_н — емкость нагрузки.

Индуктивность L_к, емкость С_экв и сопротивление R_н образуют контур с сопротивлением потерь R_н.

Значение корректирующей индуктивность L_к выбирают равным:

,

где — постоянная времени в области верхних частот резистивного каскада.

Далее определяют постоянную времени в области верхних частот откорректированного усилителя:

и находят величину верхней граничной частоты усилителя со схемой ВЧ коррекции:

.

При расчете коррекции для промежуточного каскада в качестве сопротивления R_н следует взять входное сопротивление R_вх последующего каскада.

Существует оптимальное значение индуктивности:

L_{к опт}= С_экв R_нQ² ,

где Q — значение добротности контура.

Е сли выбрать значении добротности контура равным , то при сохранении монотонности АЧХ верхняя граничная частота увеличится в 1,7 раза.

В случае отсутствия реактивности нагрузки для коррекции искажений АЧХ,

вносимых транзистором на ВЧ, можно ввести эмиттерную коррекцию.

Схема каскада усилителя с эмиттерной коррекцией изображена на рисунке 4.6. Для осуществления этого типа коррекции к сопротивлению обратной связи подключается конденсатор обратной связи С_ос.

П

ри выборе элементов коррекции R_ос и С_ос следует руководствоваться следующим.

Коэффициент усиления с учетом ООС :

,

где А — глубина ООС:

Расчет сопротивления рассмотрен РАНЕЕ.

Далее следует определить оптимальное значение постоянной времени цепи:

.

Значение задается в самом начале расчета усилителя при распределении частотных искажений в области ВЧ по каскадам.

Далее определяется коэффициент

где коэффициент n определяется при известной входной ёмкости каскада C_вх :

n = (K₀ R_осC_вх)/τ_в.

Окончательно следует уточнить значение верхней частоты корректированного каскада:

.

Если полученное значение получилась больше требуемой, то искажения, вносимые каскадом будут не более заданных.

Значение емкости конденсатора в цепи обратной связи определится как

.

При расчете каскада следует учесть, что введение данной ООС увеличивает входное сопротивление усилителя и уменьшает входную емкость в А раз.