2.12. Тимчасові характеристики підсилювальних каскадів

2.12.1. Метод аналізу імпульсних спотворень

Розглянуті підсилювальні каскади можуть бути використані для посилення імпульсних сигналів. Для оцінки спотворень форми підсилюваних імпульсних сигналів необхідно розглянути перехідні процеси в підсилювальних каскадах. При аналізі перехідних процесів вважатимемо каскади лінійними, тобто амплітуда сигналів в них істотно менше постійних струмів, що становлять, і напруга в робочій крапці. В цьому випадку найбільш зручним методом аналізу є перетворення Лапласа (операторний метод).

Часовий процес в електричному ланцюзі описується системою інтегро-дифференційних рівнянь (СИДУ). Застосовуючи пряме перетворення Лапласа (ППЛ), приводять СИДУ до системи лінійних рівнянь (СЛАУ) алгебри, яка просто вирішується щодо деякої проміжної функції, по якій за допомогою зворотного перетворення Лапласа (ОПЛ) знаходиться рішення для початкової СИДУ.

ППЛ функції речового змінного f(t) ("оригіналу") служить для знаходження перетвореної функції f(p) ("зображення") і визначається співвідношенням:

.

ОПЛ визначається формулою:

,

де .

Практично "оригінал" f(t) знаходять по зображенню f(p) за допомогою таблиць [6], три приклади приведено в таблиці 2.3.

Таблиця 2.3

Зворотне перетворення Лапласа

f(p)	f(t)	Вид f(t)
	1

З теореми про граничні значення витікає, що якщо f(t)f(p), то:

.

Застосовне ПХ h(t) отримаємо:

,

де Y(p) виходить з АЧХ заміною j на p, і враховуючи, що "зображення" одиничного стрибка рівне 1/p (див. таблицю 2.3).

З останнього виразу виходить, що при тимчасовому аналізі підсилювального каскаду можливий окремий розгляд областей малих часів (МВ) і великих часів (БВ) по схемах каскаду для областей ВЧ і НЧ відповідно, і знаходження і  (див. малюнок 2.5).

Отже, аналіз підсилювальних каскадів при імпульсних сигналах зводиться до наступних операцій:

 знаючи Y(j), заміною j на р і діленні на р отриманого виразу переводять його в "зображення" ПХ h(p);

 користуючись таблицею, по h(p) знаходять "оригінал" ПХ h(t);

 розглядаючи h(t) для схеми каскаду у ВЧ області, знаходять і їх залежність від елементів;

 розглядаючи h(t) для схеми каскаду в НЧ області, знаходять  і його залежність від елементів;

 виходячи з допустимих спотворень імпульсного сигналу, отримують формули для вибору елементів схеми каскаду.

Із-за сильної зміни параметрів транзистора від струму при великих амплітудах імпульсного сигналу (одного порядку з амплітудами напруги і струму в робочій крапці) і використанні спрощених моделей ПТ і БТ (до 0,5 ), що не дозволяє вести облік вищих гармонійних складових спектру сигналу, що вносять істотний внесок до спотворень форми сигналу, ескізний розрахунок підсилювальних каскадів в тимчасовій області характеризується більшою (порівняно з розрахунком в частотній області) погрішністю.

Якоюсь мірою скоректувати погрішність можна шляхом обліку часу запізнювання (див. рис.2.4)і усереднюванням параметрів транзистора за час дії імпульсного сигналу (малюнок 2.39).

На відміну від підсилювальних каскадів гармонійних сигналів, при виборі транзисторів для імпульсних каскадів слід враховувати полярність вихідного сигналу при виборі типу провідності транзистора з метою економії енергії джерела живлення. Якщо ІУ призначений для посилення однополярного сигналу, то з енергетичних міркувань рекомендується брати транзистор провідності p-n-p для вихідного сигналу позитивної полярності n-p-n - для негативної.

На малюнку 2.39а проілюстрований процес вибору робочої крапки для імпульсних сигналів з малою шпаруватістю (Q10). Шпаруватість Q визначається як відношення тривалості періоду проходження імпульсів до їх тривалості. Визначити координати робочої точки (і крапки, для якої розраховуються параметри транзистора) можна, використовуючи наступні співвідношення:

;

.

На малюнку 2.39б проілюстрований процес вибору робочої крапки для імпульсних сигналів з великою шпаруватістю (Q>10). Визначити координати робочої точки можна, використовуючи наступні співвідношення:

.

Вибір обмежений знизу нелінійною областю характеристик транзистора і необхідним допуском на можливе його зменшення при зміні температури, зазвичай .

Розрахунок усереднених параметрів транзистора в цьому випадку слід вести для крапки з координатами:

;

.

Для імпульсних сигналів типу "меандр" (Q=2) вибір робочої крапки і типу провідності транзистора аналогічний випадку гармонійного сигналу.

Хоча приведені вище співвідношення орієнтовані на БТ, на них слід орієнтуватися і при розрахунку каскадів на ПТ, враховуючи особливості останніх.