Б.А. Варшавер - Расчет и проектирование импульсных усилителей (1267368), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Характер же воспроизведения вершины импульса (спад или подъем) определяется частотной и фазовой характеристиками в области низких частот. Время установления усилителя можно приближенно определить по его верхней граничной частоте 1 „ которая соответствует уровню 0,7 нормированной частотной характеристики. Эта связь устанавливается формулой (1.1) формула (1.!) справедлива в случае, когда выброс отсутствует или мал (не превышает нескольких процентов).
Следует отметить, что стремление к «идеальной» прямоугольной частотной характеристике обусловливает в переходной характеристике значительный выброс б Поэтому, когда при проектировании импульсного усилителя приходится обращаться к частотной характеристике, не следует стремиться к реализации характеристики с крутым спадом в области высоких частот, если нужно, чтобы в переходной характеристике усилителя выброс отсутствовал или был мал. При проектировании импульсного усилителя удобнее, не обращаясь к частотным и фазовым характеристикам, непосредственно исходить из допустимых искажений формы прямоугольного импульса. Следует, однако, указать на сложность точного определения искажений импульса в многокаскадном усилителе, если выброс отдельного каскада превышает 3 — 4Ж.
В этом случае при необходимости получить точное представление о характере переходного процесса можно, воспользовавшись результирующими частотной и фазовой характеристиками усилителя, по ним произвести расчет переходной характеристики. Выполнение подобного расчета хотя и не представляет принципиальных трудностей, ио является достаточно кропотливым 17] Полезно кратко напомнить процесс прохождения импульса через отдельный каскад и действие схемы коррекции иа примере каскада с индуктивной коррекцией на биполярном транзисторе (рис. 1.4), Рассмотрим вначале влияние схемы коррекции на воспроизведение фронта импульса.
При подведении импульса напряжения к базе транзистора в его коллекторной цепи возникает импульс тока. Примем, что на базе действует импульс положительной полярности. В первые моменты времени ток заряда емкости С„(предполагается, что выходная ем- 1О кость транзистора отнесена к С„) определяется полным изменением тока, протекающего через транзистор.
Это связано с тем, что в первые моменты времени параллельная цепь 1Я отключена ввиду наличия индуктивности Е, препятствующей быстрому изменению тока в этой цепи, Далее с уменьшением тока, протекающего через цепь Е)с, скорость заряда емкости С„ падает и рост напряжения на С„ замедляется. Очевидно, что при отсутствии индуктивностн Е емкость С„ с самого начала заряжалась бы только частью полного изменения тока. Таким образом, введение в схему корректирующей катушки индуктивности способствует заряду емкости С„ ббльшим током в течение более длительного времени, что л позволяет уменьшить время нараста- сз ния фронта импульса.
В зависимости от соотношения величин 1., )т и С„переходный процесс в схеме мо- Л:. жет протекать монотонно или иметь колебательный характер. В послед. нем случае импульс имеет выброс. зв-~ ба~ С» При колебательнолз характере процесса и увеличении индуктивности Е / сг (при неизменных величинах )т и С„) Рт выброс возрастает. Как уже отмечалось, иа характер воспроизведения плоской вершины Рис. 1.4 Приннипиальная схема импульса влияют цепи, имеющие каскада с индуктнсиоя коррскии большую постоянную времени. Вспо- сй на биполяРном тРанзистоРе могательные цепи С,тт, (здесь 1/)1, = 1/)Р, + 1~тгз +д,„, гДе д„— входиая активная проводимость транзистора) и С,)та обусловливают спад плоской вершины импульса.
Цепь С4,1ЕР выполняет корректирующую функцию, вызывая подъем вершины илзпульса. Спад плоской вершины импульса за счет цепи эмиттера связан с действием отрицательной обратной связи. Действительно, допустим, как и ранее, что к базе транзистора подводится прямоугольныи им. пульс положительной полярности. При этом коллекторный ток, протекающий через транзистор, изменится скачком. Напряжение на резисторе тт' в коллекторной цепи транзистора также изменится скачком (временем нарастания фронта импульса пренебрегаем) иа величину, равную произведению скачка тока на сопрогивление резистора тт. Несмотря на изменившееся значение тока коллектора, напряжение на обкладках конденсатора С, в начальный момент сохранит свою величину, поскольку оно не может измениться лзгновенно.
С разрядом конденсатора С, напряжение лзежду базой и эмнттером постепенно увеличивается, сдвигая рабочую точку в область ббльших значений тока коллектора. При этом соответственно уменьшается перепад напряжения на резисторе 14, Таким образом, возни. кает спад вершины импульса. 11 Заметим, что в ламповом каскаде на формирование вершины импульса влияет также и цепь экранной сетки.
Здесь спад вершины импульса связан со скачком экранного тока лампы и постепенным, ввиду наличия блокирующего конденсатора, изменением напряжения на экранной сетке. В отличие от остальных цепей с большой постоянной времени ячейка фильтра в цепи коллектора вызывает подъем плоской вершины им. пульса. В начальный момент, при уменьшении скачком тока через транзистор, ввиду наличия конденсатора Сэ, на резисторе Рв сохранится то же напряжение, которое было на нем до скачка. Далее, к напряжению на резисторе 1г с зарядом конденсатора Сэ начнет добавляться постепенно возрастающее напряжение. Следовательно, импульс напряжения на нагрузке, представляюшей последовательное соединение (по переменному току) )г и ячейки Свйв, будет характеризоваться подъемом плоской вершины.
Сушествуют и другие возможности получить подъем вершины импульса для коррекции спада. В частности, при использовании схемы с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению эффект подъема плоской вершины импульса достигается последовательным включением конденсатора в цепь обратной связи. В заключение этого раздела укажем, что время установления отдельного каскада усиления или усилительной секции можно представить в виде (1.2) где т, — эквивалентная постоянная времени, зависящая от параметров активного элемента и данных схемы: („' — постоянный безразмерный коэффициент (смысл его указывается далее).
Формула (1.2) справедлива при использовании в каскаде или в усилительной секции активного элемента любого типа (биполярный транзистор, лампа, полевой транзистор). В случае реостатного каскада на лампе или полевом транзисторе (рис. 1.3) т,= 1гС, а 1„' 2,2. При введении в каскад коррекции время установления фронта импульса уменьшается, при этом Г„' ( 2,2. Переходную характеристику часто представляют не в функции непосредственно времени 1, а в функции обобщенного времени причем Такое представление удобно, если учесть, что построенная в функции 1' переходная характеристика применима для схем с разными значениями эквивалентной постоянной времени т,. Очевидно, что при этом время установления, определяемое по переходной характеристике Й(1') и равное ( ' приобретает смысл обобшенного (нормированного) времени установления.
$1З. ИСКАЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ ПЕИ ПРОХОЖДЕНИИ МНОГОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ Время установления. Время установления миогокаскадного усилителя при условии, что выброс отдельного каскада не превышает 3 — 4',б, можно приближенно определить как корень квадратный из суммы квадратов времен установления отдельных каскадов, т. е. (1.3) где Г» (у»~ Гу вРемена Установлениа каскаДов УсилителЯ. у1 формула (!.3) при том же условии справедлива также и в случае, когда слагаемые (все или некоторые из них) под корнем в правой части (1.3) представляют квадраты времен установления усилительных секций.
В формулу (1.3) в качестве слагаемого может также входить и квадрат времени установления усилительного блока, представляющего соединение нескольких каскадов или усилительных секций (см. ч 5.3). Возможность выразить время установления многокаскадиого усилителя через времена установления составляющих его каскадов позволяет также решить и обратную задачу — определить время установления отдельного каскада по времени установления всего усилителя. Если Гу»= Гу» Гу то Гу = ГУ1')у л и, следовательно, при каскадах, идейтичиых по времени устайовлеиия У (1.4) где и — число каскадов. Следует отметить, что при наличии выбросов формула (1.3) указывает несколько преувеличенное время установления усилителя, т.
е. фактическое время установления будет меньше расчетного. Если максимальный выброс б „ отдельного каскада при более или менее однотипных каскадах удовлетворяет условию л— то время установления усилителя в этом случае можно определить по формуле (1,3) с точностью порядка 10% 11). В отличие от простогосуммирования при квадратичном суммировании возрастает свес» наибольшего по величине слагаемого.
Это означает, что, например, для двухкаскадного усилителя при Гу»> 4ГУ1 допустимо принять Г ж Гу», т. е. пренебречь влиянием каскада, имеющего время установления Гу„ на общее время установления С увеличением числа слагаемых йод корнем в правой части (1 3) погрешность формулы несколько возрастает. Ббльшая точность в определении времени установления имеет место при использовании усилительного блока или усилительных секций, каждая из ко. торых объединяет обычно два каскада, При этом сокращается число 13 слагаемых под корнем в (1.3), а также возрастает чвесэ некоторых из них (особенно в случае использования усилительного блока), что в целом благоприятно сказывается на точности определения времени установления усилителя.
Заметим, что параметры усилительных секций и усилительных блоков (( и б) определяются практически с такой же точностью, как и параметры отдельных каскадов. Закон квадратичного суммирования справедлив не только для ламповых, но и приближенно для полупроводниковых усилителей. Ю. А.
Волков для случая некорректированного полупроводникового усилителя при упрощающих предположениях показал (6), что расчет времени установления по формуле квадратичного суммирования дает несколько преуменьшенную величину времени установления. Погрешность расчета не является значительной, в связи с чем формулу квадратичного суммирования можно использовать также и при инженерном расчете транзисторных усилителей. Распределение времени установления между каскадами. При проектировании важным является вопрос о том, как следует выбирать время установления каскадов усилителя, если задано допустимое время установления, которым должен характеризоваться усилитель в целом. Можно показать (см., например, (6!), что если за критерий оптимального распределения времени установления между каскадами принять максимум коэффициента усиления усилителя при условии 1 = сопИ, где („ — время установления усилителя, то все каскады должны характеризоваться одинаковым временем установления, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
