Аналогові та підсилювальні електронні пристрої. Частина 2: Навчальний посібник

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАїНИ

ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Навчальне видання

Рудик Вадим Данилович

АНАЛОГОВІ ТА ПІДСИЛЮВАЛЬНІ ЕЛЕКТРОННІ ПРИСТРОї

в двох частинах

частина 2

Навчальний посібник

Вінниця ВДТУ 2000

Редактор____________________

ВДТУ, 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

1 КОРЕКЦІЯ ЧАСТОТНИХ ТА ПЕРЕХІДНИХ

ХАРАКТЕРИСТИК

1.1 Необхідність корекції та її принципи

На практиці виникає необхідність забезпечити широку смугу пропускання пристрою (1, 10, 100 МГц). Прості схеми підсилювачів не можуть забезпечити рівномірне підсилення сигналу у широкому частотному діапазоні.

Зменшення підсилення зі зростанням частоти у каскадах на польових транзисторах викликається шунтуванням навантаження міжелектродними ємностями самого прибору, а також паразитними ємностями монтажу. У каскаді на біполярному транзисторі до цього приєднується зменшення крутості наскрізної характеристики.

У зв'язку з цим приймають ряд заходів, які дозволяють розширити смугу пропускання. У таких випадках застосовують високочастотні транзистори з великою площею підсилення (доступною). Їх велика крутість та мала ємність дозволяє при невеликому опорі навантаження одержати необхідне підсилення в широкому діапазоні частот. Якщо цього недостатньо, частотну залежність зменшують шляхом ускладнення навантаження. В наслідок цього вдається отримати широкосмугові каскади, що придатні як для підсилення гармонічних сигналів у широкому діапазоні частот, так і для підсилення короткочасних імпульсів, що мають значну ширину спектра.

У будь–якому випадку граничну частоту каскаду можна збільшити, якщо навантажити каскад не звичайним резистором, а елементом, опір якого зростає зі зростанням частоти (двополюсна чи чотириполюсна схеми корекції). Ефективним засобом зменшення частотних спотворень є також введення від'ємного зворотного зв'язку.

1.2 Методи визначення параметрів, що забезпечують рівномірність АЧХ та лінійність ФЧХ у найбільшій області частот

Метод визначення параметрів схеми корекції, що забезпечує рівномірність АЧХ у найбільшій області частот, запропонований Г.В. Брауде. Згідно з цим методом, частотна характеристика може бути подана у вигляді ряду Маклорена:

Перший член ряду  характеризує ідеальну АЧХ, а решта – відхилення реальної характеристики від ідеальної. Якщо підібрати параметри кола таким чином, щоб

то реальна характеристика буде тим ближче до ідеальної, чим більше число похідних буде перетворюватися у нуль. Число обернутих у нуль членів ряду визначається кількістю незалежних параметрів кола, що підлягає регулюванню.

Звичайно, на практиці простіше оперувати не , а з виразом для  виконуючи розвинення по  та подаючи частотну характеристику коефіцієнта передачі чотириполюсника відношенням двох поліномів

           (1.1)

Якщo зрівняти члени однакових степенів з лівого та правого боків виразу (1.1), то враховуючи, що  дістанемо

За умов корекції необхідно мати  Для цього необхідно, щоб  Для того, щоб похідні вищих степенів дорівнювали нулю, необхідне виконання умови

                            (1.2)

Умови фазової корекції знаходяться аналогічно, якщо розглядати час запізнювання (ГЧЗ)  та забезпечити його найменшу залежність від частоти. Лінійній ділянці фазової характеристики відповідає незалежне від частоти запізнювання. Чим ширша область частот, у який  тим у більш широкій області частот забезпечується лінійна фазова характеристика.

Якщо

Тоді умова фазової корекції має вигляд

                                         (1.3)

Співвідношення (1.2) та (1.3) дозволяють обрати параметри елементів, що забезпечать корекцію АЧХ та ФЧХ. Чим більше похідних можна обернути у нуль, при відповідному виборі параметрів, тим у більшому діапазоні частот АЧХ та ФЧХ буде менше відрізнятися від ідеальної.

Коефіцієнти  та  по–різному залежать від елементів L, C, R коректованого каскаду, тому умови корекції частотної та фазової характеристик не збігаються.

Досить часто