Особливості широкосмугових підсилювачів (ШП)

Широкосмуговий підсилювач – це підсилювач, який використовуєься для підсилення сигналів з широким спектром частот, часто порівнянним з площею підсилення вживаних активних елементів, ламп або транзисторів (добуток коефіцієнта підсилення на середніх частотах на верхню граничну частоту П= К_сер · f_в.гр).

Приклад, сигнал відображення, діючий в телевізійних схемах, спектр якого охоплює від декількох герц до 6 Мгц, або послідовності коротких імпульсів з малим часом фронту.

Схемотехнічні особливості ШП багато в чому аналогічні схемам підсилювачів низької частоти. Різниця полягає у використанні резисторних каскадів, що мають найкращі частотні, фазові і перехідні характеристики, доповнені для розширення смуги підсилюваних частот спеціальними корегуючими ланцюгами, використанні менших опорів навантаження і підборі відповідних підсилювальних елементів: для транзисторної схеми – високочастотні транзистори, що характеризуються великим значенням граничної частоти f_гр. Транзистори в широкосмугових каскадах звичайно включають зі СЕ або СВ.

Ланцюги, що змінюють частотну характеристику у області нижніх частот називають ланцюгами низькочастотної корекції, а ланцюги, що змінюють частотну характеристику на верхніх частотах— ланцюгами високочастотної корекції. Застосування ланцюгів високочастотної корекції дозволяє понизити частотні спотворення у області верхніх частот без втрати підсилення на середніх частотах. Застосування корекції у області нижніх частот дозволяє зменшити частотні спотворення при незмінній ємністі розділових конденсаторів.

 

Низькочастотна корекція

 

Рис. 13.25. Схема широкосмугового транзисторного підсилювача з низькочастотною {а)корекцією і (б) еквівалентна схема

 

Простою схемою низькочастотної корекції є включення ланцюга С_фR_ф у вихідний ланцюг підсилювального елементу, (рис. 13.25,а)., який одночасно діє як розв'язуючий фільтр, що захищає каскад від паразитного зворотного зв'язку через загальне джерело живлення, а також як фільтр, що згладжує пульсації напруги живлення.

Переваги: відсутність додаткових деталей, що збільшують вартість схеми і знижують її надійність і підсилення.

Ємність, конденсатора С_ф беруть такий, щоб на середніх і високих частотах опір його був маленький в порівнянні з опором навантаження вихідного ланцюга ПЕ, величина якого і визначає підсилення каскаду на цих частотах.

При зниженні частоти опір ємності 1/ω_фC_ф зростає і тому повний опір навантаження, на яке працює транзистор, збільшується, і напруга вихідного сигнала збільшується.

Отже, коефіцієнт підсилення каскаду з змешенням частоти зростає. Це компенсує зниження підсилення на низьких частотах від впливу конденсатора

міжкаскадного зв'язку С_р, шунтуючого конденсатора С_Е ланцюга стабілізації і ін.

На рис.7.2 показане таке корегування частотної характеристики підсилювального каскаду у області низьких частот (а – частотна характеристика ланцюжка СR_н;б – характеристика каскаду до ланцюжка СR_н;в – результуюча частотна характеристика. Суцільні лінії – критичне значення C_ф; пунктирні – значення C_ф менше за критичні.

При правильному виборі така схема корекції дозволяє розширити смугу пропускання резистивного каскаду у бік низьких частот в десятки разів.

R_r >> R << R_н, де R_r - вихідний опір підсилювального елемента.

Високочастотна корекція

 

Однієї з найбільш простих схем високочастотної корекції для ШП, дозволяючої розширити смугу пропускання каскаду або одержувати підйом частотної характеристики у області верхніх частот, є схема паралельної високочастотної корекції індуктивністю.

На рис.1, б приведена схема транзисторного резистивного каскаду з такою корецією. Вона здійснюється введенням індуктивності L послідовно з резистором R_К вихідного ланцюга підсилювального елементу іутворює в еквівалентній схемі каскаду (рис.1,в) для верхніх частот паралельний резонансний контур з ємністю С_{0 ,} навантажуючої каскад. Це збільшує загальний опір навантаження вихідного ланцюга транзистора у області високих частот, розширюючи смугу пропускання каскаду на цих частотах.

Індуктивність беруть настільки маленької величини, що її вплив позначається тільки у області верхніх частот.

Паралельна корекція індуктивністю добре діє тільки при R_r >> R << R_н

Ці умови забезпечуються в каскадах резисторів з транзисторами або екранованими лампами, працюючих на високоомне навантаження, наприклад на модулятор кінескопа, відхиляючі пластини електронно – променевої трубки, вхід польового транзистора або електронної лампи.

Паралельна корекція індуктивністю проста, займає мало місця, дешева, легко настроюється, надійна в роботі і збільшує площу підсилення каскаду більш ніж в 1,7 рази – широко використовується в підсилювачах з дискретними компонентами. Для інтегральних схем вона непридатна, оскільки індуктивність L потрібного значення не можна зробити мікроскопічних розмірів.

 

Лекція 15, 16