3.2.4. Область верхних частот и малых времен

Эквивалентная схема каскада для этого диапазона частот (времен) приведена на рис. 3.3, в.

Подставляя (3.2) в (3.1) и учитывая, что , g₂₂R₂ << 1, получим , (3.18)

где – постоянная времени коллекторной цепи; – постоянная времени резисторного каскада для верхних частот.

Выражение (3.19) получено при допущении .

Из (3.19) следуют уравнения АЧХ и ФЧХ резисторного каскада в области верхних частот

, (3.19)

, (3.20)

где – верхняя частота среза. (3.21)

Для расширения полосы пропускания в сторону верхних частот (т.е. для увеличения f_ВС) необходимо: выбрать более высокочастотный транзистор; уменьшить емкость нагрузки С_Н; уменьшить сопротивление R₂.

В последнем случае будет уменьшаться коэффициент усиления К₀ в области средних частот (3.4). Поэтому вводят такой параметр, как площадь усиления , который характеризует способность каскада создавать усиление в широкой полосе частот.

Как видно из (3.4) и (3.21), площадь усиления

(3.22)

возрастает с увеличением R₂, стремясь к пределу

. (3.23)

На основании (3.19) и (3.20) можно построить диаграммы Боде для АЧХ (рис. 3.11, а) и ФЧХ (рис. 3.11, б).

Из (3.11) находим изображение нормированной ПХ в области малых времен

.

Переходя к оригиналу, получим уравнение ПХ

(3.24)

и время установления . (3.25)

Таким образом, для уменьшения времени установления необходимо уменьшить постоянную времени _В (рис. 3.12), т.е. принимать те же меры, что и для расширения полосы пропускания в сторону верхних частот.

С пособность каскада обеспечивать усиление при малом времени установления t_У характеризуется отношением . При увеличении R₂ это отношение возрастает, стремясь к пределу

. (3.26)

Из (3.22) и (3.26) следует связь между АЧХ в области верхних частот и ПХ в области малых времен

. (3.27)

3.3. Коррекция амплитудно – частотных и переходных характеристик

3.3.1. Общие сведения

Под коррекцией АЧХ и ПХ понимают не только снижение частотных и переходных искажений, но и получение характеристик определенной формы, как, например, максимума АЧХ.

В зависимости от области частот (времен), для которой предназначена коррекция, различают высокочастотную (ВЧ) и низкочастотную (НЧ) коррекцию.

ВЧ коррекция позволяет получить выигрыш в площади усиления . НЧ коррек­ция расширяет полосу пропускания в сторону нижних частот или при неизменной полосе частот позволяет уменьшить значение емкостей С_Р и С_Э.

Все схемы коррекции можно разбить на три группы: схемы, использующие увеличение сопротивления нагрузки в нужном диапазоне частот; схемы с частотно-зависимой ОС; схемы взаимной коррекции, когда подъем АЧХ в одном из каскадов компенсирует спад АЧХ в другом каскаде.

3.3.2. Схема эмиттерной высокочастотной коррекции

Схема такой ВЧ коррекции приведена на рис. 3.13. Здесь R_КОР, С_КОР – корректирующие элементы, R_Э, С_Э – элементы схемы эмиттерной стабилизации рабочей точки ( ). Поскольку емкость С_КОР мала, то её влияние проявляется только в области верхних частот. В области нижних и средних частот и существующая при этом ОС (последовательная по току) заметно снижает коэффициент усиления (рис. 3.14).

П ри Скор =  (кривая 1) получим АЧХ каскада без коррекции. При Скор=0 (кривая 2) из-за ОС коэффициент усиления становится меньше, но форма АЧХ сохраняется при небольшом расширении полосы пропускания. При уменьшении корректирующей емкости участок перехода линии 2 к линии 1 располагается правее (сравни кривые 3 и 4). Это объясняется тем, что шунтирующее влияние С_КОР в этом случае начинает проявятся на более высоких частотах. Характеристике 4 соответствует такая же площадь усиления Q_S, как у некорректированного каскада (кривая 1). Это означает что при Q_S = const с помощью эмиттерной коррекции можно расширить полосу пропускания (увеличить f_BC) во столько же раз, во сколько уменьшится коэффициент усиления.

Увеличив С_КОР (по отношению к С_{КОР 4}) до С_КОР.OPt можно получить са­мую большую площадь усиления, сохранив форму АЧХ плоской (кривая 5), даль­нейшее небольшое увеличение С_КОР приводит к образованию максимума (кривая 6). Характеристика типа кривой 5 называется максимально плоской, или оптимальной. Выигрыш по площади усиления по сравнению с некорректированным каскадом составляет величину 1.45..1.6.

То, что кривые 5 и 6 вышли за пределы линии 1 объясняется изменением ха­рактера ОС, которая на данном участке частотного диапазона вследствие дополнительного фазового сдвига, вносимого цепочкой С_КОРR_КОР, становится положительной.

П ерейдем к рассмотрению переходных характеристик (рис.3.15). При С_КОР =  (кривая 1) ПХ как у обычного (некорректированного) каскада. При С_КОР = 0 частотно независимая ООС уменьшает коэффициент усиления, которое окупается почти таким же уменьшением времени установления, т.е. отношение K/t_у не меняется. Если включить емкость С_КОР подать на вход каскада идеальный перепад напряжения (ступеньку), то в начальный момент времени ОС нейтрализуется (напряжение на емкости не может измениться скачком) и ПХ совпадает с кривой 1. По мере заряда емкости С_КОР включается ОС, которая уменьшает выходное напряжение (кривые 3 и 4). Когда С_КОР полностью зарядится – кривые 3 и 4 совпадут с кривой 2. Заметим, что чем больше емкость С_КОР, т.е. чем медленнее будет входить в действие ОС, тем быстрее произойдет нарастание фронта (сравните кривые 3 и 4). Однако слишком большое запаздывание сигнала ОС приведет к образованию выброса, т.к. выходной импульс успевает нарасти до величины, превышающей свое установившееся значение.

Таким образом, выигрыш по отношению возрастает с ростом С_КОР, однако при этом возрастает и выброс .