Фізичні процеси в підсилювачі при підсиленні імпульсних сигналів

 

Процес посилення імпульсу показаний на графіках (рис. 8.7).

Вихідний стан (U_вх= 0). Лампа відкрита, так як |U_зс|<|U_{С зап}|. Через лампу протікає струм I_а0 і напруга на аноді у вихідному режимі дорівнює U_а0=Е_а0-Iа0·R_а. У момент часу t=t₁ на вхід підсилювача подається негативний імпульс прямокутної форми. Анодний струм лампи миттєво зменшується до величини I_{а мін.} Напруга на аноді U_а миттєво збільшиться через наявність паразитних ємностей. Напруга на аноді буде збільшуватися по мірі заряду цих ємностей.

Заряд С₀ буде відбуватися по колу: +Е_а→R_а→С_Р→С₀→┴→-Е_а.

Постійна часу розряду С₀ дорівнює τ_зар=С₀·R_а.

Тому напруга на анод буде збільшуватися по експоненті, а значить і напруга на виході лампи буде збільшуватися за експонентою.

Час заряду С₀ називається часом установлення t_у і визначає тривалість фронту імпульсу:   

.

Таким чином, через наявність С₀ відбувається перекручування фронту імпульсу.

З наведеної формули видно, що для зменшення перекручування фронту необхідно зменшити величину опору резистора R_а, однак це приводить до зменшення коефіцієнта підсилення. Отже, необхідно зменшити С₀. Для цього потрібно правильно розміщувати радіодеталі і якісно виконувати монтаж схеми.

 

                                       і_а              і_а        I_ma

                

 

                                                                                                 U_с1                                                                                                            

                                                             

                                         

                                            U_a  t₁              t₂

                                                     U_0a                      U_ma E_a

                       U_mвх        0

                                                                                                    t

                           t_u   

                                     t₂

                                            U_вих

                                    t

                                                                                        ΔU

                                                                                                                   

                                                                                                    t

Рис.8.7 - Графіки, що пояснюють принцип підсилення

імпульсних сигналів

 

Так як ємність С₀<<С_Р, то за час t_у конденсатор С_Р цілком не зарядиться, і протягом часу t₁÷t₂ буде продовжувати заряджатися по колу: +Е_а→R_а→С_Р→R_С→-Е_а.

Збільшення напруги на С_Р приводить до зменшення напруги на виході (спад вершини). Наявність конденсатора С_Р приводить до перекручування вершини імпульсу. У момент часу t=t₂ імпульс на вході підсилювача закінчується. Струм анода I_а миттєво збільшується від I_{а мін} до I_а0. Напруга на аноді лампи миттєво зменшуватися не може через наявність паразитної ємності С₀, що разом з конденсатором С_Р буде розряджатися після часу t₂. За рахунок цього формується зріз вихідного імпульсу. За рахунок розряду С_Р на виході формується негативний викид.

Під час розряду конденсатора С_Р відбувається заряд ємності С₀ з наступним повторним розрядом через резистор R_С.

На рис. 8.8 показаний реальний вихідний імпульс і вплив ємностей С_Р і С₀.

 

 

U_ви0х

 

    

                                                    перерозряд С₀

                                                                                                    

                   розряд С₀

      

 заряд С₀   розряд С₀

                    заряд С_Р               розряд С₀

 

Рис. 8.8 - Імпульсний сигнал на виході підсилювача

 

З рисунка видно, що ємності С₀ і С_Р спотворюють форму вихідного сигналу, його фронт, вершину і зріз.

Спад вершини імпульсу відбувається за рахунок заряду конденсатора С_Р, а негативний викид обумовлений розрядом цього ж конденсатора.

Оцінка перекручування форм вихідного імпульсу здійснюється за наступними параметрами:

- часом встановлення або тривалістю фронту імпульсу, тобто інтервалом часу, протягом якого напруга вихідного імпульсу змінюється від 0,1 до 0,9 свого максимального значення;

- часом спаду або тривалістю зрізу імпульсу, тобто часом, протягом якого напруга вихідного імпульсу зменшується до 0,1 свого максимального значення;

- спадом вершини імпульсу, що визначається величиною Δ U.

Для зменшення перекручування форми вихідного імпульсу в підсилювачах широко застосовуються різного роду корекції.