электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 

Широкополосные усилители

Широкополосные усилители на транзисторах должны обеспечивать равномерное усиление в широкой полосе пропускания, доходящей до нескольких мегагерц. Широкополосные усилители, предназначенные для усиления импульсных сигналов постоянного тока, называют видеоусилителями. При усилении импульсных сигналов должно быть обеспечено малое время установления фронта выходного импульса.

Широкополосное усиление может обеспечить усилитель с RС-связью при использовании достаточно высокочастотных транзисторов (например, типа П-403, П-410, П-411), граничная частота которых должна более чемв 10 раз превышать заданную верхнюю граничную частоту усилителя, а также при обязательном применении в схеме отрицательной обратной связи с корректирующих цепей.

 

На рис. 189 приведена схема широкополосного усилителя. Анализируя работу этой схемы, можно прийти к выводу, что коэффициент усиления ее по напряжению Кu будет тем больше, чем меньше входное сопротивление каскада Rвх и чем меньше внутреннее сопротивление источника сигнала Rг:

                                (358)

Рис. 189. Схема широкополосного усилителя на транзисторах.

Это объясняется тем, что напряжение сигнала на выходе транзистора пропорционально входному току, который тем больше, чем меньше сопротивления Rвх и Rг.

Для получения большего усиления необходимо иметь по возможности большую коллекторную нагрузку, представляющую собой параллельное соединение сопротивлений Rк и Rн (если сопротивлением нагрузки Rн является вход аналогичного каскада, то Rн = Rвх). Для того чтобы сопротивления делителя R1, R2 в цепи базы меньше влияли на усилительные свойства каскада, их следует подбирать по возможности высокоомными (большими, чем сопротивление Rг). В противном случае делитель вызывает снижение усиления.

На работу каскада в области больших времен (низших частот) оказывают влияние емкости Ср1, Ср2 и Сэ. В момент поступления на вход широкополосного усилителя импульса емкость Ср1 не оказывает влияния на входной ток, а емкость Ср2 — на ток в нагрузке. По мере заряда емкости Ср1 уменьшаются входной ток, ток в нагрузке, а следовательно, снижается усиление. Дополнительное снижение тока и напряжения на выходе усилительного каскада вызывает заряд емкости Ср2. Постоянные времени цепей этих конденсаторов определяются соотношениями

τр1 = Ср1 (Rг + Rвх);
τр2 = Ср2 (Rк + Rн)                             (359)

В момент прихода импульса с влиянием емкости Ср можно не считаться. Однако по мере заряда конденсатора Сэ уменьшается ток эмиттера, так как увеличивается напряжение на сопротивлении Rэ, а напряжение смещения Uбэ в прямом направлении уменьшается. Постоянная времени цепи этого конденсатора равна

τСэ = СэRэ

Для уменьшения времени спада импульса в коллекторную цепь включен фильтр СфRф.

При анализе работы каскада в области малых времен (высших частот) следует учитывать емкость коллекторного перехода: в момент поступления входного импульса на выходе, за счет непосредственного прохождения сигнала через эту емкость β =0), возникает небольшой скачок напряжения. Полярность начального скачка та же, что и у входного сигнала. В последующие моменты времени полярность выходного сигнала меняется на обратную.

По мере увеличения коэффициента усиления β емкость коллекторного перехода возрастает, переходный процесс, определяющий длительность фронта импульса, затягивается. Время нарастания импульса тем меньше, чем меньше сопротивление генератора Rг и чем меньше общее сопротивление нагрузки коллекторной цепи.

Коэффициент усиления каскада К и время нарастания tн находятся в пропорциональной зависимости, а коэффициент усиления каскада и верхняя граничная частота — в обратно пропорциональной зависимости.

Таким образом, отношение K/tн и произведение   K·Fв - величины постоянные для каждого транзистора. Они определяют эффективность или добротность транзистора всей схемы. Поэтому в транзисторных усилителях для уменьшения времени нарастания импульса вместо одного каскада с большим коэффициентом усиления выгоднее использовать два каскада с меньшими коэффициентами усиления. Для снижения усиления вводят отрицательную обратную связь. Наличие ее в схеме дает возможность увеличить верхнюю граничную частоту и выходное сопротивление, а также повысить стабильность работы каскада.

В рассматриваемой схеме осуществляется параллельная обратная связь по напряжению через сопротивление R3. В цепь эмиттера последовательно с элементами Rэ, Сэ введено сопротивление R, зашунтировапное небольшой емкостью С. В момент поступления импульса сопротивления Rэ и R закорочены, и начальный ток базы резко увеличится. Это приведет к снижению времени Однако емкость С может привести к появлению выбросов в переходной характеристике, которые проявляются тем больше, чем больше величина этой емкости.

Добротность транзистора определяется при нулевом внутреннем сопротивлении источника сигнала, поэтому по сравнению с ней добротность усилительного каскада получается значительно меньшей: при Rг >> rб добротность каскада надает более чем в 10 раз, а при Rг ≈100÷200 ом — в 2—4 раза меньше добротности транзистора.

Полоса пропускания широкополосного усилителя, соответствующая частотным искажениям 3 дб, определяется известными соотношениями

                        (360)
                        (361)

Для коррекции фронта импульса применяют корректирующие цепи. Так, в приведенной схеме широкополосного усилителя последовательно с сопротивлением Rк включают дроссель L, который препятствует увеличению тока в сопротивлении Rк в момент прихода импульса и тем самым способствует быстрейшему нарастанию тока в сопротивлении нагрузки. Выходной каскад видеоусилителя работает обычно на высокоомную нагрузку. Поэтому для обеспечения широкополосного усиления необходимо в нем применять частотную коррекцию и отрицательную обратную связь.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр