Цепи коррекций в импульсных и широкополосных усилителях

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Назначение корректирующих цепей

Корректирующие цепи в импульсных и широкополосных усилителях служат для улучшения частотных и переходных характеристик. Различают корректирующие цепи в области высоких частот и в области нижних частот. Корректирующие цепи в области высоких частот предназначены для увеличения верхней граничной частоты и уменьшения времени установления. Корректирующие цепи в области нижних частот служат для уменьшения нижней граничной частоты и спада плоской вершины.

2. Простая индуктивная высокочастотная коррекция

Рассмотрим принципиальную схему усилителя с индуктивной высокочастотной коррекцией, приведенную на рис.1.

Рис.1.Схема индуктивной высокочастотной коррекции

Корректирующим элементом является индуктивность L, включенная последовательно с сопротивлением нагрузки . Индуктивность L выбирается настолько малой, что ее влиянием в области низких и средних частот можно пренебречь. На высоких частотах индуктивное сопротивление X_L=jщL возрастает, вследствие чего увеличивается выходное напряжение и коэффициент усиления. Построим эквивалентную схему усилителя с индуктивной коррекцией в области высоких частот, рис..2.

Рис..2. Эквивалентная схема с ВЧ коррекцией

При построении эквивалентной схемы влиянием и R1 можно пренебречь, поскольку в импульсных усилителях выполняются условия: и . Индуктивность L входит в выходную цепь параллельно емкости С₀, в результате чего проводимость jщC0 частично компенсируется проводимостью этой индуктивной ветви. Принцип коррекции амплитудно-частотной характеристики при индуктивной высокочастотной коррекции можно объяснить следующим образом. Корректирующая индуктивность L, вводимая последовательно с резистором , образует в эквивалентной схеме каскада для верхних частот параллельный резонансный контур с емкостью C₀. На резонансной частоте сопротивление контура увеличивается, за счет чего происходит подъем частотной характеристики в области верхних частот, рис.3,а.

Рис.3. Характеристики при индуктивной коррекции а-частотная, б-переходная.

Причем подъем частотной характеристики зависит от добротности контура, при большой добротности на АЧХ появляется резонансный выброс, что является нежелательным явлением. Нас интересует оптимальная, равномерная частотная характеристика. Улучшение переходной характеристики при индуктивной коррекции в импульсных усилителях объясняется следующим образом (рис. 3,б): в момент подачи скачка напряжения индуктивность имеет бесконечно большое сопротивление, в связи с этим весь ток SU_вх протекает по цепи C_о, и в результате этого ускоряется заряд этой емкости C_о. Рассмотрим количественный анализ индуктивной высокочастотной коррекции:

Знаменатель последнего выражения приводим к общему знаменателю . Вторые члены числителя и знаменателя умножаем и делим соответсвенно на и .

(8.1)

коэффициент коррекции, равный квадрату добротности контура, - нормированная частота. Из выражения (8.1) модуль частотной характеристики запишется в виде:

(8.2)

Г.В. Брауде показал, что оптимальная частотная характеристика соответствует когда коэффициент при х² числителя и знаменателя равны:

M²=1+2m.

Решив это квадратное уравнение получем оптимальный коэффициент коррекции . Верхнюю граничную частоту и площадь усиления с простой высокочастотной коррекцией можно выразить:

(8.3)

где - коэффициент, определяющий выигрыш за счет коррекции. Например, при m=0,41 этот выигрыш равен 1,72. Высокочастотная коррекция увеличивает площадь усиления каскада, и, соответственно, повышает его коэффициент усиления при заданной полосе усиливаемых частот, что позволяет уменьшить количество каскадов в усилителе.

Оптимальная (без выбросов) переходная характеристика усилителя получается при m=0,25. При дальнейшем увеличении m в переходной характеристике появляются выбросы переднего фронта. В частности, при значении коэффициента коррекции m=0,41, которому соответствует оптимальная амплитудно-частотная характеристика, выброс имеет высоту около 2,5%.

3. Эмиттерная высокочастотная коррекция

В усилителях на биплоярных транзисторах широкое применение находит эмиттерная высокочастотная коррекция. Биполярные транзисторы по сравнению с полевыми имеют малое значение входного сопротивления, которая шунтирует выход предыдущего каскада. По этой причине индуктивная коррекция дает меньший выигрыш.

В схеме, приведенной на рис..4, в цепи эмиттера параллельно вместо шунтирующей емкости С_э включают корректирующий конденсатор С_к небольшой емкости.

Рис..4. Схема эмиттерной высокочастотной коррекции

Следовательно, с уменьшением частоты сопротивление этой емкости возрастает, увеличивается падение напряжения на ней, которое последовательно с входным напряжением поступает на входные электроды. Таким образом, в схеме возникает отрицательная обратная связь на низких и средних частотах. С увеличением частоты глубина отрицательной обратной связи уменьшается, увеличивается коэффициент усиления и, таким образом, компенсируется влияние паразитной емкости . При определенном соотношении и каскад с эмиттерной коррекцией имеет частотную характеристику с выигрышем в площади усиления в 1,51,7 раза.

4. Низкочастотная коррекция

Для расширения полосы пропускания усилительного каскада в сторону низких частот, т.е. для улучшения его частотной характеристики на низких частотах и переходной характеристики каскада в области больших времен можно использовать цепочку развязывающего фильтра, рис..5.

Рис.5. Низкочастотная коррекция:а-принципиальная схема; б-эквивалентная схема

При рассмотрении частотной характеристики принцип действия низкочастотной коррекции можно объяснить следующим образом: при уменьшении частоты увеличивается сопротивление нагрузки в выходной цепи за счет увеличения сопротивления емкости . В результате чего коэффициент усиления с понижением частоты возрастает, это компенсирует влияние емкости С1. Переходная характеристика в области больших времен улучшается также за счет влияния . По мере заряда емкости напряжение, снимаемое с общей нагрузки, экспоненциально возрастает. Тем самым компенсируется уменьшение напряжения за счет возрастания на U_С1.

Рассмотрим количественный анализ усилителя с низкочастотной коррекцией по эквивалентной схеме, рис.8.6. Считаем, что выполняется условие Общий коэффициент усиления можно выразить;

,

где -

коэффициент передачи делителя ;

- коэффициент усиления каскада, K₁=SZ_н.

При выполнении певого условия, , коэффициент усиления К₁ можно выразить

(8.4)

где

Из (8.4) оптимальная частотная характеристика получится при условии

, т.е. . (8.5)

Эффективность низкочастотной коррекции снижается с уменьшением частоты, когда сопротивление становится соизмеримым с . Поэтому определяется из условия равенства этих сопротивлений:

(8.6)

Определим выигрыш по нижней граничной частоте, для чего рассмотрим отношение:

(8.7)

Из выражения (8.7) следует, что чем больше , тем ниже . Однако чрезмерное увеличение невозможно, так как при этом увеличивается падение напряжения на нем и уменьшается потенциал выходной цепи . Поэтому обычно выбирают ориентировочно согласно выражению

. (8.8)

Емкость фильтра С_ф рассчитывается из равенства(8.5)

. (8.9)

Низкочастотная коррекция находит широкое применение в импульсных и широкополосных усилителях для уменьшения спада плоской вершины. коррекция импульсный усилитель индуктивный

Размещено на Allbest.ru