Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008), страница 10

Коррекцияосуществляется цепочкой RфCф (рис. 5.3, а).Рис.5.3. Принципиальная и эквивалентная схемас цепью низкочастотной коррекцииПри рассмотрении работы усилительного каскада в области низкихчастот было выяснено, что основной причиной уменьшения усиления является увеличение сопротивления разделительного конденсатора и соответствующий рост на нем падения напряжения. Поэтому при стандартном значении коэффициента частотных искажений Мн= 3 дБ низшая частота усиленияравна (кривая 1 рис.5.4, б)11Fн = f1 ==.(5.7)2p × t н 2p × С р × ( Rк + Rн )При введении цепи коррекции нагрузкой транзистора становится сопротивлениеRкRк=,(5.8)Zк =1 + jwCф Rф 1 + jwt фкоторое на средних частотах равно Zк=Rк, и при уменьшении частоты стремится к значению Zк=Rк+Rф (рис.

5.4, а). В результате этого возрастает напряжение Uкэ, что компенсирует рост падения напряжения на разделительном конденсаторе.При отсутствии конденсатора фильтра (Сф=0) в цепи коллектора транзистора нагрузка будет иметь активный характер, и низшая частота усилениястанет равной (кривая 2 рис.5.4, б)66Fн = f 2 =11.=2p × t н 2 2p × С р × ( Rк + Rф + Rн )(5.9)Рис.5.4. Характеристики, поясняющие работу низкочастотной коррекцииВ общем случае коэффициент усиления в области низких частот определяется по формулеК нк ==S × Z к × Rн.Z к + Rн + 1 / jwС р(5.10)Далее находятся нормированный коэффициент усиления скорректированного усилителя и его модульYнк =Yнк =(1 + a + jxm) × jx,1 + jx × (1 + ab) + jxm - x 2x 2 × [1 + a ) 2 + x 2 m 2 ],1 + x 2 × (1 + ab + m) 2 + x 2 m 2(5.11)(5.12)где: a = Rф/Rк – коэффициент пропорциональности;b = Rк/(Rк + Rн) – коэффициент распределения тока коллектора;m = RфCф/(Rк+Rн)Cр = τф/τн – коэффициент низкочастотной коррекции.Коэффициент коррекции (низкочастотной,высокочастотной) показывает, на какую величину изменится постоянная времени (области низких или высоких частот) при введении цепи коррекции.67Эффективность коррекции определяется выбором цепи коррекции.

Решая последнее уравнение классическим способом (нахождение производнойdY/dX=0) или методом Брауде (составление уравнения из коэффициентовпри равных степенях нормированной частоты Х числителя и знаменателя),находится оптимальное значение коэффициента коррекцииmопт = a 2 - 2ab + 2a - ab » a 2 - 2 a .(513)Последнее соотношение справедливо при Rн>>Rк. При использованииоптимальной коррекции будет иметь место равномерная амплитудночастотная характеристика (кривая 3 рис.5.4, б).

Значение низшей частотыусиления в этом случае равно1.(5.14)Fнк = f 3 =2pt н × (1 + a)Таким образом, выигрыш от введения коррекции составляетB=f1/f3 = (1+a).(5.15)В случае превышения коэффициента коррекции оптимального значения уровень компенсации будет больше падения напряжения на разделительном конденсаторе, что приведет к увеличению коэффициента усиления(кривая 4 рис.5.4, б). Эффект перекоррекции используется во многокаскадных усилителях, чтобы цепи коррекции вводить не в каждом каскаде.Применение низкочастотной коррекции позволяет уменьшить спад вершины импульса ∆к= ∆ - ∆ф.

Уровень уменьшения спада определяется поформулеtRttttD ф = a × (1 - e ) » a × и = ф × и = и .(5.16)t ф Rк Сф Rф t киф5.3. Простая параллельная высокочастотная коррекцияРассматриваемая высокочастотная коррекция осуществляется включением в выходную цепь активного элемента индуктивности Lк (рис.

5.5,а).Свое название эта коррекция получила ввиду того, что индуктивностькоррекции и полная емкость каскада Со образуют параллельный колебательный контур (рис. 5.5,б), резонансная частота которого должна быть равнойвысшей частоте усиления Fв, что обеспечивает увеличение усиления Кв.Помимо параллельной высокочастотной коррекции существует последовательная коррекция, когда корректирующая индуктивность включена последовательно с входной емкостью следующего каскада.68Рис.5.5. Усилительный каскад с цепью высокочастотной коррекцииКоэффициент усиления скорректированного каскада с общим истокомбудет равенКв =S × (Rc + jwLк )1 + jwLк / RcS== Ко ×.21/(Rс + jwLк ) + jwCo 1 + jwRc Co + ( jw) Cо Lк1 + jwRcCo + ( jw ) 2 Cо LкПринимая обозначения: τв=Rc×Co – постоянная времени области высоких частот, τв= Lк / Rс – постоянная цепи коррекции, Х=ω τв – нормированнаячастота и m= τк / τв = Lк/Rc2Co – коэффициент высокочастотной коррекции,находится окончательное соотношение коэффициента усиленияК вк = К о ×1 + jXm.1 + jX - X 2 m(5.17)Далее находятся значение нормированного усиления и его модуляYвк =1 + X 2m2.(1 - X 2 m) 2 + X 2(5.18)Решая последнее уравнение методом Брауде, находится оптимальноезначение коэффициента высокочастотной коррекции, при котором амлитудно-частотная характеристика будет иметь равномерный вид (рис.

5.6, а)m2=1 – 2m, mопт=0.414.(5.19)Эффективность введения коррекции при небольших значениях коэффициента коррекции может быть найдена по формуле69В=Fвк2=× m 2 + m 2 + (1 - m2 ) 2 .2Fв 1 - m(5.20)Рис.5.6. Характеристики каскада с высокочастотной коррекциейВ случае принятия коэффициента высокочастотной коррекции большеоптимального на высшей частоте будет иметь место подъем АЧХ.Высокочастотная коррекция может быть использована для уменьшениявремени установления усиливаемого импульсного сигнала.

Введение корректирующей индуктивности увеличивает сопротивление в выходной цепи активного элемента Zc=Rc+jwLк, что приводит к росту тока заряда емкости С о(при бесконечно большой индуктивности выходное напряжение будет стремиться к значению Uвых=SUвхCo). Ход нарастания выходного сигнала приразличных значениях индуктивности показан на рис. 5.6, б.Оптимальная величина коэффициента высокочастотной коррекции дляуменьшения времени установления может быть найдена из уравнения 5.14, вкотором jω заменяется на оператор р.Y ( p) =1 + pt в m1 + pt в m=.1 + pt в + p 2tв 2 m ( p - p1 ) × ( p - p2 )(5.21)Приравнивая знаменатель полученного выражения нулю, получаетсяхарактеристическое уравнение, корни которого равны- t в ± t в - 4t в m2p1, 2 =2t в m2=- 1 ± 1 - 4m.2t в m(5.22)Из уравнения следует, что корни больше нуля могут быть только при выполнении условия 1- 4m>0, что дает оптимальное значение m=0.25.В каскадах на биполярных транзисторах может быть несколько условий выбора цепи коррекции.

При отсутствии реактивности нагрузки высокочастотная индуктивная коррекция вводится для коррекции искажений АЧХвносимых транзистором. В этом случае коэффициент усиления равен70К вк = S × Z к =1 + jwt кS × ( Rк + jwLк ).= Ко ×1 + jwt1 + jwt(5.23)Из уравнения следует, что условием коррекции является τк = τв.В общем случае выбор цепи коррекции для каскада с общим эмиттеромможет производиться по условиям каскада с общим истоком при условии,что полная емкость каскада будет определена из соотношенияСо= τ/Rк+ С'к+Сн.(5.24)5.4. Высокочастотная коррекция ООС "Z" – типаРис.5.7.

Усилительный каскад с цепью коррекции ООС Z-типаПоследовательная отрицательная обратная связь в каскаде осуществляется за счет введения сопротивления в цепь эмиттера (истока). Поскольку сопротивление в цепи эмиттера Rэ=R'э+R''э вводится для обеспечения термостабилизации, то сопротивление, обеспечивающее ВЧ-коррекцию R'э являетсячастью общего сопротивления. Поэтому сопротивление R''э является дополнительным и R''э= Rэ-R'э.Действие коррекции осуществляется следующим образом. Емкость цепи коррекции C'э подбирается таким образом, чтобы в области средних частот сопротивление в цепи эмиттера составляло Zэ=R'э/(1+jwC'эR'э≈R'э).

Такимобразом, в области средних частот действие обратной связи приводит куменьшению коэффициента усиления (кривая при m=0, рис. 5.7,б). В области высоких частот в зависимости от величины коэффициента высокочастотной коррекции действие ООС ослабляется, что соответственно приводит квозрастанию коэффициента усиления (ход АЧХ стремится к виду характеристики каскада без обратной связи).71Определение параметров каскада производится с условием влиянияотрицательной обратной связиК вк =К /(1 + jwt в )1 + jwt эКв= о= К оF ×,21 + bК в 1 + Z э К в / Z н1 + jwt в × (1 + m / F ) - w 2t в m / F(5.25)где: F=1+SRэ – глубина обратной связи;m = τэ/τв – коэффициент высокочастотных искажений;КоF = Ко/ F- коэффициент усиления с учетом влияния ООС.Далее определяются нормированный коэффициент усиления и его модуль, последний из которого равен1 + X 2m2Yвк =.1 - 2 X 2 m / F + X 2 (1 + m / F ) + x 4m 2 / F 2(5.26)Согласно методу Брауде составляется уравнениеm 2 2mm2m = (1 + ) =1+ 2 ,FFF2из которого определяется оптимальное значение коэффициента коррекцииmопт = F /( F 2 - 1 .(5.27)При отсутствии емкости в цепи коррекции отрицательная обратнаясвязь имеет активный характер, вследствие чего коэффициент усиления в области высоких частот определяется соотношениемК вF =КоК оF=.1 + SRэ + jwt в 1 + jwt вF(5.28)Для определения оптимального коэффициента коррекции при работекаскада с импульсными сигналами на основании формулы 5.25 составляетсяхарактеристическое уравнениеp 2t 2 в ×m1+ m+ pt в ×= 0,FFрешением которого являетсяmопт = [ F - F × ( F - 1) ]2 .72(5.29)Вопросы для самопроверки1.

Объяснить понятие добротности усилителя.2. Привести схемы составных транзисторов.3. Определить коэффициент передачи составного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером при коэффициентах передачи тока базы транзисторов B1=60 и B2 =80.4. Объяснить понятие динамической нагрузки.5. Объяснить принцип работы параллельной высокочастотной коррекции в широкополосных усилителях.6. На какие свойства усилителя оказывает влияние величина коэффициента высокочастотной коррекции?7.