Войшвилло Г.В. Усилительные устройства (2-е издание, 1983) (1095412), страница 34
Текст из файла (страница 34)
С, й'„=1!2 (5.98) зависит от сопротивления К,: чем меньше йь тем выше ~„,. Но здесь надо считаться с тем, что с уменьшением сопротивления Й~ снижается напряжение сигнала на входе усилительного элемента У,=Р,(„и уменьшается отношение сигнал-шум. Для повышения отношения сигнал-шум общее сопротивление элементов связи и смещения !г, берется возможно болыпим, а происходящее при этом сужение полосы пропускапия компенсируется корректирующим каскадом, у которого коэффициент усиления нужно получить возрастающим с повышением частоты. В этом заключается принцип прогивошужовой коррекции, предложенной Г. В.
Брауде (11!. Следует учитывать, что если передаточная функция входной цепи К1(р) =КЛ!+Рт1) (5.99) где т,= 1/2л~,=С, Ям (5.100) то передаточная функция корректирующего каскада должна содержать в числителе множитель (1+рт,), а ее знаменатель— представлять собой характеристический многочлен М(р), у реализуемой цепи как минимум первой степени,,но с меньшим коэффициентом прп р, равным некоторой постоянной времени т~<ть т. е, в идеализированных условиях К,(р) =-К,(1+, т1)/(1+,,). (5.101) Общая передаточная функция К(р) =К,(г) К,(р) =К!(1+ рт,) (5.102) характсризуется более высокой частотой полюса (рз=(„,.а — = =1/2лть так как та<то Найдем отношение сигнал-и~ум, например, для входного каскада на полевом транзисторе, включенном по схеме ОИ. Напряжение шума нс выходе входного каскада определим по выражению (4.146), только С„заменим на С,=С,+ С., и Л, на )гь Источник сигнала в виде источника тока у„нагружен на соединенные параллельно элементы !гь С, и создает на них напряжение 77,7„7! <» С, 77,7„ — !7 -1-!ДмС, !+!вС,!7, 175 Коэффициент усиления входного каскада равен 5Р., откуда следует, что напряжение сигнала на его выходе Ун озхн [)зн )тт з )хн таз/У1 +(2лз С, Лт) где 2лС,Рт:=1)~р =17~ з (5.103) Для равномерного усиления составляющцк сигнала изображения необходимо, чтобы коэффициент усиле)1ия последующей части усилителя зависел от частоты: К, (7) = К, [ 1+ (2л )С Р )' .
В этих условиях отношение напряжения сигнала на выходе усилителя Уз к входному току !м окажется неизменным, и тогда и,=-К,и„.=я,лг. К,)., (5.105) При этом У' = ' + 4й7 (Ф+ бн) Л ) й'н (5.105) 1 + !2 л С 12з)з Напряжение шума на выходе усилителя, как следует из (5.!05) и (5.!04), 17з =[К,(!)[зла „=-4йТ)т',(5!тала !! + ~ "[!+(2л1С,)т)з[ Л!". 1 Всякий усилитель имеет ограниченную полосу пропусканпя.
Для простоты допустим, что соотношение (5.!04) сохраняется до частоты [„а дальше коэффициент усиления весьма быстро умень- шается до нуля, это позволит путем вычисления интеграла найти 1в и',=4йтв,(т.ке) [ [1+~~~" [1+(2 [С,Л,)')) (7. (5.!07) о 1 3 Из выражений (5.105) н (5 !07) следует, что (5.108) Из (5.108) видно, что отношение сигнал-шум в выходной цепи усилителя с противошумовой коррекцией повышается с увеличе- нием сопротивления )сы Следует стремиться не только увеличи- вать сопротивление, но и уменьшать шунтирующую емкость и вы- бирать транзистор с наиболыпей крутизной.
Однако при этом на- до считаться и с тем, что прн очень большом сопротивлении Р, затрудняется коррекция, так как в соответствии с (5.103) и (5.104) требуется изменение коэффициента усиления в значительных пре- делах, не получая существенного выигрыша в отношении сигнал- шум. Практически сопротивление можно считать достаточным, ес. ли оно в 5 ...
1О раз больше, 5/4лзтз,Схь П р и и е р 1 Определить отношение сигнал-щун на ныходе телеиизпоиного усилители, входное устройство которого работает от суперортикона, создающе- го ток сигнала 1„=2 мкд, ныходнан емкость ь, =26 пФ. на нагрузку и = 176 50 кОм. Входной каскад выполнен на полевом транзисторе с параметрами 5=5 мСм, Сыч=4 пФ, С(зв=0,7 пФ, Си=2,5 пФ, с сопротивлением нагрузки в цепи стока )!в=! кОм., Высшая рабочая частота равна 6 ЧГц. Вхолную емкость каскада на полевом транзисторе находим по вырви(ению (4.95) Свх = Сюл + ЗКНСхзи + См = 4 + 5 1 0,7 + 2,5 — 1О пФ.
Общая емкость входной цепи Сх = Свь+ Свх = 26 + 10 = 36 пФ. Так как сопротивление цепи смещения и входное сопротивление транзистора значительно превышает 50 кОм, то сопротивление входной цепи практически равно сопрот(влению элемента связи: 1((=)7,=50 кОм, при этом постоянная времени н частота 1 , — входной цепи согласно (5.98) н (5.100) е тз С )7 36 !О-(г 50.10з 1 8 10 — з с, 1 0,159 — = 88,3 10 Гц = 88,3 нГц. в 1( 2 2птх 1,8 10 Отношение сигналвш)вм согласно (5.108) и, ( )(х( зх ~вг(, ]1ь ]! "~" (2 (в в р]] ] 5 10' (2 10 е)в 4 1 38 !О з 300 6 104, 1+ ~1+ — (6 28.104,36 У( °, 5+11 1 5з50 ~ 3 — = 490(яе 54 дБ).
-ь Х 1О (-'.5,104)~1] 5.4.4. элементы противошум()ноьт коррекции Для осуществления противошумовой коррекции, как вытекает из формул (5.99) — (5.101), нуль передаточной функции корректирующего каскада должен совпадать с полюсом передаточной функции входной цепи. А это означает, что коэффициент усиления корректирующего каскада в диапазоне частот от )р(=) „„„-до1рз= =)з,из — должен изменяться в 1„„,— )~„г.,— раз, т. е.
в области средних частот он во столько же раз меньше наибольшего значения на частоте )„Уз-, зависЯщего от площади Усилении Усилительного элемента. Следовательно, коэффициент усиления корректирующего каскада в области частот, где он постоянен при (<(р( (т. е. на средних частотах), оказывается весьма неболыпим — обычно в 10 ... 100 раз меньше, чем у промежуточного каскада. Поэтому элементы коррекции располагают во втором или третьем каскаде, иначе вследствие значительного ослабления сигнала сказываются шумы, создаваемые усилительными элементами (кроме первого). Известно много способов получения передаточной функции вида (5.101) ити в общем случае в виде Кз(р) =Ке(!+)зт()(А(Р), 177 где М (р) — характеристический многочлен не ниже первой степени, В начальный период применения противошумовой коррекции, был распространен способ с частотно-зависимым делителем напряжения (рис.
5.40), передаточная функция которого 17, (р! х, (р) ! /г, гр) и,(р) г, (р) + к,(р) 1/х, (р) + г/р, (р) где 1/Яг(Р) =1//тг+РС6 1/Ха(Р) = !/Гта+РС,. Приведенные выражения позволяют определить частоты нуля и полюса делителя напряжения; /,„= 1/2п С, й;, /и„— — (Рг+ йа)/2п (Сг+ Са) /(гг йа и их отношение /„//,а=-С,Р,+ ~,)/(С,+С,) Ка. (5.109) Недостатком данного способа коррекции является то, что весьма затруднено получение требуемого отношения частот полюса и нуля, которое, как показывают расчеты в примере 1, должно превышать 60.
Л из (5.109) видно, что при СаФО еще больше должно быть отношение (/хг+Йа) Яа, обратная величина которого равна передаче напряжения сигнала при /( (/аа, т. е, в области средних чагг, стог. Зто означает, что при глубокой коррекции делитель напряжения создает значительное ослабление сиг- нала. рас. дбр. Схема каскада с ара БОЛЕЕ ЭффЕКтИВНЫМ яВЛяЕтСя тавогпуяоаап коррексаея каскад с глубокой эмиттерной кор. рекцией, у которого передаточная функция вида (5.66) содержит нуль с частотой /,а= 1/2па= =!/2пСаЯаа, прнравниваемой частоте полюса входной цепи, В этом случае объединенная передаточная функция К (р) = !г'(1+ тр+ цр'), (5.1! 0) модуль которой К (о) =!/)'! --,' (гпа — 2п) оа-, 'па ох (5.111) получаем 'хаа 1(!ха+ х б) Со) + (а ги 2 (айаг (гг~+ г'б) Ср — Нг7~ + х'б) Со + а Х! С,а) 178 (5.113) АЧХ объединенного устройства получается максимально плоской согласно критерию Г.
В. Брауде при соблюдении условия ига — 2л= =О, которое вместе с (5.72) позволяет определить требуемое сопротивление в цепи эмиттера. Заменяя в (5.111) ьч и п их развернутыми значениями и вводя обозначение Саа.= Сб'э+ аг (/Ха+ Г б) Са, Г) р им ер 2. Определить сопротивление и емкость элементов в цепи змиттера каскада, корректирующего частотные искажения, создаваемые входным устройством, выполненным по данным примера 1 при следующих услониях: транзистор 27354А-2 с пара~метрами 1.э=1100 МГц, С«=1,3 пф (Ух=5 В), г «=20 Ом Ьз~э= )' 40'200ж90, гэ'«=600 Ом (/к=5 мА), йиэ=г э+ге'э= 20+600=620 Оэн сопротивления источника сигнала н нагрузки 300 Ом (при больших значениях ие обеспечивается требуемая полоса пропускання частот до 6 МГц). Находим остальные параметры транзистора, используя выражения (4.30), (4.7), (4.10), (4.12) и С,«, по формуле (5.112): 1 1 "юэ йго,э — — — — — — 0,00!67 См; 5! = — = — = 0,15 См; го,э 600 )э = 1 + (Рг + г б) ЛО, э = ! + (300 + 20) О, 00 167 = 1,533; йэтэ 0,159 90 Ф 22 п'Э; ггго э 1100 10« 600 Сэ = Ссээ + ЯгРнСк = 22 + О, 15 300 1,3 = 80,5 пФ; Сак = Ссээ + л! (Рг+ г б) Ск = 22+ 0,15 (300+ 20) 1,3 = 84,4 пф, Частота нули каскада с коррекцией должна быть равна частоте полюса входной цепи.
Как вытекает нз (5.100) н данных примера 1, зти условии позволяют опрелелнть а = 1!2п (р, = т, = С Р, = 1,8 10 в с. Согласно (5.113) ((Рг+ г'о) Сэ]э+ (о я)э Рн, кэ 2 (п3г (Рг + г о) Сэ ((Рг+ г о) Сэ + а Л] Сэк) ] (300+ 20) 80,5 10 !з]х+ (1,8 10 а 1,533) 2(1,8 !О а 0,15(300+ 20) 80,5 10 гз — ](300+20) 80,5 1О щ+-э ~+ 1,8 10 а 1,533] 84,4 10 ы] 580 Оьи при этом С э=а/Р««=1,8 10 — Ч580=3110 10г м Ф= 3110 мф.
Для полученных значений, согласно формулам (5.71), (5.72) и (5.80), находим: К= й Р 90 300 = 0,518; йдтэ+ йюэР«э 620+ 90 580 (Рг+ гб) (Са+ 8гР«эСк)+ Рнэ (Соэ+ Х Снэ) ) + оэРнэ ((300+20)(80,5+0,!5 580 1,3)+580(22+ 1,533 3!!0)) !Π—" 1,533 + 0,15 580 = 32,1 1О в с; (Рг + г'о) СэснэР (300 ~- 20) 80,5 3!!О 580 !О з4 ). + огРнэ 1,533 + 0,1о 580 1810 — е лэ 32110 — з а= — = =78,8; т= — = ' =1,414.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
