Усилительные каскады с коррекцией 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Усилительные каскады с коррекцией



 

Современная техника часто требует усиления электрических сигналов,

 

имеющих очень широкую полосу частот: от единиц или десятков герц до десятков мегагерц. Поэтому, для широкополосного усиления используют


 


резисторный каскад, обладающий очень хорошей частотной и переходной характеристиками, и расширяют полосу усиливаемых частот добавлением в схему специальных цепей, называемых корректирующими.

 

Различают следующие виды корректирующих цепей:

 

­ Цепи, расширяющие полосу пропускания каскада в НЧ области, называют цепями (или схемами) низкочастотной коррекции (НЧ коррекция). НЧ коррекция улучшает переходную характеристику в области больших времен, то есть уменьшает спад вершины импульса.

 

­ Цепи, расширяющие полосу пропускания каскада в ВЧ области, называют цепями (или схемами) высокочастотной коррекции (ВЧ коррекция). ВЧ коррекция улучшает переходную характеристику в области малых времен, то есть уменьшает время нарастания фронта.

 

Схемы ВЧ коррекции подразделяют на два подвида: схемы ВЧ коррекции с использованием корректирующей индуктивности и схемы ВЧ коррекции с использованием частотно-зависимой ООС.

 

Все методы частотной коррекции основаны на введении в усилитель дополнительных элементов. Корректирующие элементы должны обеспечивать требуемую частотную коррекцию, не нарушая основные параметры и характеристики усилителя. Метод Брауде позволяет определить оптимальные параметры схем частотной коррекции с целью приближения АЧХ реального усилителя K к АЧХ идеального усилителя – K const (рис.1.2).

 

Из курса ОТЦ известно, что для любого линейного четырехполюсника передаточная функция может быть представлена в виде отношения двух полиномов:

  a a a   2 ... a   m      
K ()       m     . (8.1)  
b b b 2 ... b n  
       
        n          

 

Для выполнения условия физической реализуемости линейного четырехполюсника (K 0 при 0) должно выполняться неравенство

 

n m.


 


 
L корр ,
 
ai bi

Для того чтобы приблизить реальную АЧХ линейного четырехполюсника к идеальной следует изменить коэффициенты полиномов таким образом, чтобы коэффициенты при одинаковых степенях частоты в числителе и знаменателе были равны:

a 0 b 0,    
  a b,    
  (8.2)  
    1 .  
    ,    
  am bm.    
     

Так как коэффициенты ai и bi зависят от известных параметров исходного некорректированного усилителя и параметров корректирующих элементов, то

 

решение системы равенств для коэффициента передачи усилителя

 

 

позволит определить оптимальные параметры корректирующих элементов.

 

Индуктивная ВЧ коррекция

 

На рис.8.1 представлена схема ВЧ коррекции с добавочной

 

индуктивностью в каскаде на полевом транзисторе

 

Коррекция осуществляется с помощью катушки индуктивности

 

включенной последовательно с резистором R С. Принцип действия основан на увеличении сопротивления цепи стока в области ВЧ: в области ВЧ сопротивление цепи стока определяется согласно (8.3), в областях НЧ и СЧ согласно (8.4).

 

Z С R С j L корр. (8.3)
Z С R С. (8.4)

 

 


                        E пит  
                                   
            L                    
                  С р  
                   
  С р R с    
                             
                           
                           
U вх                                
                               
                           
                                   
      R з                            
      R и С и       R н  
             
             
                                   
                                   
                                   

Рис.8.1. Принципиальная схема каскада ОИ с индуктивной ВЧ коррекцией

 

Индуктивная ВЧ коррекция эффективна только при работе на высокоомную нагрузку, то есть нагрузка усилителя или входное сопротивление следующего каскада высокоомные: R Н R С или R Вх R С. В случае низкоомной нагрузки или низкоомного входного сопротивления следующего каскада, сопротивление нагрузки каскада зашунтирует сопротивление цепи стока Z С R С j L корр. Поэтому, такую схему коррекции можно применять или в оконечном каскаде с высокоомной нагрузкой, например, когда нагрузкой является кинескоп или осциллографическая трубка, или в том случае, когда входное сопротивление следующего каскада велико, например следующий каскад собран на полевом транзисторе.

 

Для получения эквивалентной схемы используем допущения, которые применялись при анализе работы каскада в области ВЧ.

 

          С          
S U Вх   Yi           L корр  
             
                   
                   
                   
        C 0       Y Н  
                 
                       
                       
                       
                Y С  
                       
                       

И

 

Рис.8.2. Эквивалентная схема каскада с индуктивной ВЧ коррекцией

 

Эквивалентную схему (рис.8.2) можно упростить, полагая что нагрузка

 

является высокоомной (рис.8.3).


 


 
j L корр
        С  
S U Вх               L корр  
               
                 
                 
        C 0  
           
                Y С  
                 
                   
                   

И

 

Рис.8.3. Эквивалентная схема каскада с индуктивной ВЧ коррекцией при высокоомной

 

нагрузке

 

Уменьшение спада частотной характеристики в области верхних частот при включении корректирующей индуктивности L корр объясняется тем, что транзистор оказывается нагруженным на параллельный колебательный контур,

 

состоящий из L корр и С 0 С Вых С Вх С М. Если резонансная частота этого контура соответствует верхней частоте рабочего спектра частот входного сигнала, то его сопротивление в ВЧ области будет больше сопротивления цепи стока R С на средней частоте. Следовательно, в ВЧ области коэффициент усиления увеличивается и АЧХ выпрямляется. В областях НЧ и СЧ

 

сопротивление катушки индуктивности пренебрежимо мало, в

 

 

сравнении с сопротивлением стока R С и не оказывает влияния на работу схемы.

 

Определим с использованием метода Брауде оптимальное значение корректирующей индуктивности L корр. Передаточная функция каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией для области верхних частот будет иметь вид:

 

K ВЧ корр()         S                
j C 0                  
          R j L        
                C       корр        
    S R C j L корр           . (8.5)  
j C   R 2 C L          
    C         корр              
          j L корр                
  S R C1                        
    R C                  
                             
                    R          
1 2 C L j C            
        корр         C          

 

 


Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте определяется выражением:

  K ВЧ корр()         j L корр        
M ВЧ корр()       R с , (8.6)  
       
  K ()   2 C L j C R    
              0 корр   0 С      
                           

 

где K 0 – номинальный коэффициент усиления, который при высокоомной нагрузке и большом входном сопротивлении ПТ можно считать по

 

приближенной формуле K 0 S R C.                    
Модуль коэффициента частотных искажений определяется выражением:  
                                 
              2 L                
                  корр              
                R 2     (8.7)  
                       
  M ВЧ корр()               С       .  
      (1 2 C L   )2 2 C   R 2  
         
            0 корр           С  

В числителе выражения (8.7) находится полином второй степени m 2, в

 

знаменателе – четвертой степени n 4, следовательно n m, с увеличением

 

частоты усиление падает до нуля K 0 0. Элементы R с и C 0 известны из

расчета исходного каскада. Необходимо определить величину корректирующей индуктивности L корр.

 

По методу Брауде условием оптимальности будет равенство коэффициентов при одинаковых степенях частоты в числителе и знаменателе выражения – для записанного коэффициента частотных искажений при членах

:

 

L            
корр   C 2 R 2 2 C L. (8.8)  
R 2    
  С 0 корр    
С            

 

Следовательно, уравнение для нахождения величины корректирующей индуктивности будет иметь вид:

 

L корр 2 2 C 0 R С2 L корр C 02 R С4 0. (8.9)  
Корнями этого квадратного уравнения являются:    
            .    
L корр1,2 C 0 R С2 C 02 R С4 C 02 R С4 C 0 R С2 (8.10)  
   
                   


 


Из условия физической реализуемой индуктивности (L корр 0) получаем выражение для оптимального значения индуктивности Lopt:

 

L opt0,414 C 0 R С2. (8.11)

 

На рис.8.4 представлены АЧХ и ПХ при различных значениях корректирующей индуктивности L корр.


 

K()  

 

2

 

1


 

 

Uвых (t)  
   
   
  t


 

Рис.8.4. АЧХ и ПХ каскада с индуктивной ВЧ коррекцией при различных значениях корректирующей индуктивности: 1 – без коррекции L корр Lopt, 2 – оптимальная

 

коррекция L корр Lopt, 3 – перекоррекция L корр Lopt

 

Из представленных на рис.8.4 графиков видно, что при введении ВЧ коррекции увеличивается верхняя граничная частота и уменьшается время нарастания фронта. При перекоррекции (вариант 3 на рис.8.4) имеем сокращенный фронт импульса, но появляется возбуждение колебаний, то есть искажается форма сигнала. Использование перекоррекции возможно в отдельных каскадах многокаскадного усилителя для получения равномерной АЧХ всего усилителя, при отсутствии коррекции в остальных каскадах.

Теоретически верхнюю граничную частоту можно поднять на 82%. Дальнейшее увеличение ограничено членом второй степени в знаменателе (8.5), который будет давать спад АЧХ.

 

К преимуществу индуктивной ВЧ коррекции следует отнести увеличение площади усиления – K 0 с ВЧ корр K 0 без ВЧ корр (при оптимальной коррекции площадь усиления увеличивается в 1,72 раза):


 


К недостаткам индуктивной ВЧ коррекции следует отнести:

 

1) коррекция эффективна только при работе на высокоомную нагрузку, т.е. должно выполняться неравенство RН RС;

 

2) из-за отсутствия широкого ряда серийно выпускаемых индуктивностей очень сложно получить в реальной схеме точное значение Lopt;

 

3) индуктивность является источником электромагнитного излучения, что требует использования экранировки, следовательно, использование индуктивной ВЧ коррекции ведет к увеличению веса, габаритов и стоимости усилителя;

 

4) индуктивную ВЧ коррекцию сложно реализовать в микро исполнении (непригодна для интегральных схем).

 

Каскады с индуктивной ВЧ коррекцией используются в усилителях для

 

электронно-лучевых трубок (там очень большое сопротивление нагрузки), а

 

также в дешевой радиоаппаратуре.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-08; просмотров: 1175; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.209.66.87 (0.161 с.)