Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств (2-е издание, 2001) (1095416), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Режим Р при малых мгновенных звачеипях усиливаемого колепия повышает КПД иезиачнтелы>о, а обусловленные им иска- "ения и пульсации провидя>отса изиболее сильио. На фоне пос"адник слабые сигналы теряк>тся, что заметив сии>кает дииамиче' ий диапазои усилителя. Поэтому иногда целесообразно малые. 'гиовеиные значения усиливать в нвпрецывном (аналоговом) ре,нме, а большие — и кл>очсвом (режиме Р). При этом для повы'ения КПД аналогового усилителя его напряжение питаиия беут меньше, чем к>мочевого. Для повышеиия КПД усилителей вместо усложиения их стем 'ожио сжилтгь динаицческн>1 диипизои успливаемых сигналов, Впример речевых, применяя так называемые компрессоры.
Оп» 'встично выравнивают уровни, усиливая слабые сигналы и тем "амым приближая их к уровню сильных. Но компрессоры вносят 'ополннтельиые пелииейиые искажения. Простейший способ уменьшения динамического диапазона сигалов — двухстороннее ограничение их по максимуму. При преельиом, т. е.
очень сильном, ограиичеиии (оно называется клип- 1>ровапием) форма сигиала становится прямоугольной и КПД вухтактного усилителя режима В при максимальной амплитуде 1Ю и пределе приближается к 100$. Но качество звучания клиппированной речи очень низкое. Поэтому компромиссом является умеренная степень ограничения. На рис. 9.8,б приведены кривые за. висимости КПД двухтактного каскада от степени симметричного двухстороннего ограничения речевого сигнала прн максимальной амплитуде на выходе, построенные по расчетам Н.
Б. Догадина ', Нижняя кривая относится к режиму В, а верхняя — к режиму ВС Из нх сравнения видно, что ограничение речевого сигнала на половинном уровне (а=6 дБ) приводит к такому же повышению КПД усилителя в режиме В, как переход к режиму ВС при м=-0,5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что дает повышение КПД усилителя? 2. Расскажите, как работает каскад усиления мощности однополярного на.
пряжения по схеме рнс, 9д,а в режиме Р. 3. Обоснуйте формулы (9Д) и (9.2). 4. Почему КПД усилителя в режиме О падает при уменьшении выходного напряжении (рнс. 9,2) ? б. Расскажите, как работаег дпухтактиый каскад по схеме рис. 9.3,а в режиме ВО.
6. В чем главное достоинство схемы рнс. 9.4? 7. Расскажите, как работает одно плечо двухтактпого усилителя по схеме рнс. 9.5,а и почему здесь получается повышенный КПД? 8. Каковы преимущества каскадов в режиме ВС? 9. Как работает двухтактный каскад по схеме рнс. 9.7,а и что дает встречноиараллельное вклгоченне плеч? 10. Как работает каскад по схеме рис. 9.6,а и в чем его достоинство? ГЛАВА 1О ШИРОКОПОЛОСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ 1О.1. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ АЧХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ТРАКТОВ К широкополосным усилителям (ШУ) относятся такие усилнгели, в которых коэффициент усиления остается практически по стоянным в широкой частотной области.
Трудности по обеспечению этого постоянства возникают как в области низких (НЧ), так н высоких (ВЧ) частот, в результате чего АЧХ (рис. 10.1) реаль- ' Методы н устройства обработки сигналов в радиотехннчсскнх системах. Межвуз. сб 1 Горьков. полнтехи, ии-т. — Горький, 1987. — С. 95 †!00. 270 «пг Рис. 1ОЛ ':то ШУ имеет заниженные и стремящиеся к нул>о значения в >Нх частотных областях. Исключение составляют лишь усилите- " постоянного тока (УПТ), которые пе облада>от спадом АЧХ в асти НЧ. Онп способны передавать н усиливать сколь угодно длеиные сигнальные изменения, в том числе и импульсные сиг'лы сколь угодно большой длительности, в то время как прождения этих сигналов через усилитель, не явля>ощнйся УПТ, со- во>кдается спадом вершины импульса. Уровень частотных и "' входных искажений, возппка>ощнх в усилительных трактах, не "- я>ощихся усилителями постоянного тока, опредсля>от соотпоше"я (4.12), (4.14а) и (4.15).
Усилительные тракты, пе способные передавать и усиливать "дленно изменяющиеся сигнальные напряжения (см. $4.6), наваются усилителями переменных сигналов. К достоинствам этих ' лптелей относится тот факт, что на нх работу в малой степени ияют дестабилизирующие факторы, воздействующие на режимы ",работы на постоянном токе. (!' Наибольшие трудности по обеспеченн>о постоянства коэффи'",ента усиления наблюлаклся в области ВЧ. Основные цепи, оп- 'деляющне возникновение спада АЧХ в каскаде в этой частот"й области, расположены как внутри самого транзистора, так и ' внешних по отношению к транзистору цепях.
1ВД. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ТРАНЗИСТОРОВ ;;:. Транзисторы вносят искажения лищь в ВЧ области, поэтому , пятне «частотные свойства транзистора» подразумевает их рас"отрение только на БЧ. На рнс. 10.2 приведены так называемые линейные эквивалент,' е схемы биполярного н полевого транзисторов. На этих схемах введены цепи, оказывающие основное влияние иа формирование ' да АЧХ и передаточных свойств транзисторов в области высо' х частот. 171 агьч з и 6 а) Рис.
10.2 В биполярном транзисторе рис. !0.2, а к таким цепям прежде всего следует отнести паразитную емкость Св, прямосмещенного перехода база — эмиттер. Эта емкость совместно с сопротивлением базовой области гв и проводимостью пс, образуют фильтр нижних частот (ФНЧ). При работе транзистора от источника напряжения постоянная времени этого фильтра т=гсСс,/(1+г„дс.) =- =гвСвм а при работе от источника тока таюэ =Сс./ис.. Приближенность приведенных для т и тмпэ соотношений обусловлена тем, что они составлены без учета влияния паразитиой емкости С,. на инерционные свойства рассматриваемого ФНЧ. В паспортных данных на транзисторы, предназначенные к пс пользованию в широкополосных усилителях, обычно приводятся данные о так называемых частотах среза /с и /имэ.
Постоянные времени т и тлмэ связаны с этими частотами соотношениями т=1/2п/з, тела=1/2п/ьмэ. Очевидно, что в первую очередь следует ориентироваться на применение в ШУ таких транзисторов, которые имеют малые значения параметров т и тамэ . Существенную роль в формировании АЧХ в области ВЧ может такзке играть паразитная емкость С, обратпосмещенного перехода коллектор — база. Эта емкость совместно с проводимостью Ув, перехода база — эмиттер и сопротивлением гс+Й„где /г,--сопротивление источника сигнала, образуют цепь ООС.
Из-за действия ОС через эту цепь может существенно увеличиваться пе только входная емкость транзистора (вследствие проявления эффекта Миллера), но и его выходная емкость. При включении транзистора по схеме ОЭ или ОБ передача в рассматриваемой петле возрастает с увеличением общего сопро тивления гв+/сс базовой цепи. Уччтывая, что с ростом этой пере дачи происходит увеличение указанных паразнтиых емкостей, желательно при организации схемы ШУ обеспечивать малые значения общего сопротивления гс+/г„ при этом использовать транзисторы по возможности с малыми значениями емкости С„н сопротивления га. Расчет основных свойств каскадов в области Вс! можно осуществлять с помощью соотношений (4.6) и (4.7), заменив в нпх 172 Ум рн Ъ Рис. !в.З ' цественные и-параметры иа комплексные У-параметры. Кроме ' го, при рассмотрении свойств транзисторных каскадов на высо- :и(х частотах нельзя пренебрегать проводимостью обратной связи ::~д„так как эта проводимость имеет емкостной характер, вслед"яие чего на высоких частотах ее значение оказывается большИм.
ля транзистора, включенного по схеме ОЭ, в частотной области ",'о основного применения (когда )<5) приближенно значения ,;».параметров можно вычислить по формулам 5=Ум=дмф1+(Цз)'; (10.1а) Ун — ки + ло (~ (1 + Даугав)/Гв + См1 ж Км + /оз (ч Гб) (10.1 б) ! зз ЙЪ+ Р~Ск (1 + вбэгб) (10.1 в) у;,ж — / с„. (10.1 г) ' е узнан,дм — низкочастотные у-параметры, значение которых жет быть вычислено с чомощью соотношений (4.3) н (4.4). Из (10.1а) следует, что модуль крутизны 5 биполярного тран- стора на высоких частотах меньше своего низкочастотного зна' ни» дм=5о (рис.
10.3). Таким образом, в области ВЧ транзиср обладает пониженной эффективностью преобразования вход- х сигнальных потенциалов в выходные сигнальные токи. На встоте 1=1з уменьшение составляет 12 раз, поэтому частоту 1з зывают граничной частотой транзистора по крутизне. Нормиро"апная частотная характеристика модуля крутизны й(5()) 50!~ 2! 151+ (!И5) (10.2а) де 5~=йм — крутизна транзистора в низкочастотной и средневстотной областях. Приближенно (без учета возможного нроявения эффекта Миллера) можно считать, что в схеме рис. 10.2,а 'астотную зависимость преобразования входного напряжения и„ напряжение ивэ определяет функция Мз(г).
При этом спад нор- иронанной АЧХ (10.2а) из-за частотной зависимости крутизны ' ожет быть охарактеризован значением азИ) =1 — й(з(7) =-1 — 1Ф1+ (РЬ)~= (,'!аз)1!2. (102б) 173 В справочной литературе данные о /з приводятся редко. Обычно частотные свойства транзистора характеризуют значением частоты, на которой он в схеме ОЭ теряет усилительные свойства по току, т. е. где модуль ймз (/) коэффициента усиления по току в схеме 03 становится равным единице. Эта граничная частота называется частотой единичного усиления и обозначается как /ь В ряде случаев частотные свойства трапзисгора характеризуются граничной частотой /мпэ — частотой, иа которой модуль Лмз (/1 коэффициента усиления ймэ (/) меньше своего низкочастотного значения Лмэв 172 раз.
Определим взаимосвязь рассмотренных граничных частот, з также пути вычисления граничной частоты /з на основании данных, приводимых в справочной литературе. Как уже было отмечено выше, ./а = 1/2ят = (! + гад, )/2кгзСг„ж 1/2кгвСа,. (10Л) Инерционные свойства преобразования базового сигнального тока в соответствующий коллекторный ток задает инерционное звено, постоянная времени которого тзмэ =Се./ась при этом частотная зависимость модуля ймз (/) коэффициента передачи ймэ(!) определяется соотношением Ьмэ(У) = Ьмэ/Р'1+ (ЛУлмэ)' (10Л) При работе транзистора в усилительной области ВАХ постоянная времени тлгоэ =-С~~/ра в малой степени зависит от положения исходной РТ. Связано это с тем, что прп изменениях тока коллектора /к происходят одновременные изменения как емкости Сю, так н проводимости дп,.
Поэтому считается, что характеристика (10.4) и связанные с пей частоты /лмэ и /~ являются наиболее общимн и полными характеристиками частотных свойств трапзис тора, так как они лишь в малой степени зависят от режнмоа работы транзистора. Из (10.4) следует, что на частотах /))/ лмэ Нмэ (/) =. =в ма /змэ//, т. е. модуль коэффициента усиления обратно про. порционален частоте, вследствие чего /гмэ (/) =/Д. Последнее соотношение позволяет вычислить частоту /, на основании обычно приводимых в справочниках данных о том, какое значение имеет модуль Ймэ (/') на оговоренной в справочнике частоте /'. При использовании этих данных вычисление частоты /~ осущесгвляют по формуле /~=/'лмз (,"). Из этого, а также из (103) и (104) и соотношения /змэ=-1/2птэпэ=пю/2пСе, следует 7$ — 1ь ма гбвйз .
7пгбкьъймз У ймэ (У )/гбкбФиэ' Вычисление проводимости д~м входящей в последнюю формулу, 174 ",жно осуществить с помощью (4.3), считая, что в!=1. Прн этом , =)к)(),Ьт!з =/к!0,026Ь тгэ а Уа = 0,026~'Ьз!э (Я~гаук (!0.52 , тношенне (10.5) является основным, с помощью которого выяют значение граничной частоты )з на основании данных о тотных свойствах транзистора, приводимых в справочниках.
;":,-Включение в эмиттерную цень транзистора дополнительного , нстора Р), т. е. переход от схемы включения ОЭ к схеме ОЭн 'ижает влияние инерционности т транзистора как на частотную висимость его крутизны, так и на реактивные составляющие его "одной и выходной проводимостей. В соответствии с (4.12) кру'зна эквивалентного транзистора ам а )()+l ) — +4'м)(1+У т) Кз!г/(1+ усачу)' )+а ЯГ )+Ю Г(!+2 )СГ) )Иаг (Я = Евг/Э'ззу —— 1Д'1+ (У(Уау)з, (10.6 б) (!0.6 а) ,е кз!)=йт!/(1+из!с(!) — крутизна эквивалентного транзистора в Ч области; т)=тД)+да)(!) — ногтоянная времени зквивалентно: транзистора; )а!==1/2лт)=-(з(!+йети!) — граничная частота по утизне эквивалентного транзистора. ;,:: Сравнение параметров )абдт!! и т! с соответствующими им )з, "'г' и т! с соответствующими им )з,дт, и т показывает, что вклю'иие в состав транзистора дополнительного резистора г(! вызыет снижение крутизны транзистора в (1+де,й!) раз, прн этом , учшает частотные свойства транзистора в такое же число раз, '.)е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
