6.3. Анализ резисторного каскада в области нижних частот.

В области низких частот проводимость незначительна, и ею можно пренебречь. СопротивлениеХ_со=1/jωC0 велико. Следовательно, эта цепь шунтирующего влияния не оказывает. Однако в области низких частот необходимо учитывать влияние реактивного сопротивления емкости С1, так как сопротивление Х_С1= 1/jωC1 возрастает, на нем происходит падение нап­ряжения, вследствие чего уменьшается и коэффициент усиления. Поэтому эквивалентная схема в области нижних частот примет вид, изображенный на рис.6.6,а.

Рис.6.6.Эквивалентные схемы усилителя в области НЧ: а – с генератором тока; б – с генератором ЭДС.

Для упрощения дальнейших выкладок преобразуем эквивалентную схему с гене­ратором тока в эквивалентную схему с генератором ЭДС (рис.6.6,б), где R_э=R_iR_н/(R_i+R_н),E=SU_вхR_э

Ток и напряжение в выходной цепи:

(6.13)

Комплексный коэффициент усиления в области низких частот соответственно определяется:

(6.14)

где , т.к.R_э<< R1;

Определим модуль комплексного коэффициента усиления в области низких частот

(6.15)

В соответствии (6.15) построим график АЧХ на нижних частотах, рис.6.7.

Рис.6.7. АЧХ в области НЧ при различных значениях разделительной емкости

Анализируя выражение (6.15), приходим к выводу, что частот­ная характеристика в области низких частот определяется в основ­ном значением разделительной емкости С1.

Для нахождения нижней граничной частоты приравниваем выра­жение (6.15) к значению :

(6.16)

Для расширения полосы пропускания усилителя в сторону низ­ких частот необходимо увеличивать постоянную времени . Однако это ограничивается несколькими факторами. Практически постоянная временидолжна быть не больше 0,010,1 сек., что не позволяет усиливать колебания с частотами ни­же нескольких герц.

Рассмотрим фазовый сдвиг , создаваемый усилителем в области низких частот. Тангенс фазового сдвигаравен отношению мнимой части к его вещественной части:

(6.17)

По мере понижения частоты фазовый сдвиг (сверх) асимп­тотически стремится к, рис.6.8.

Рис.6.8. ФЧХ в области НЧ.

При имеем

,(6.18)

т.е. нижней пороговой частоте соответствует фазовый сдвиг (сверх ), равный +45. Очевидно, при этой частоте модуль емкостного сопротивления равен активному сопротивлению.

Выражая через нижнюю пороговую частоту, можно записать уравнение фазочастотной характеристики для области низких частот в виде:

(6.19)

Зависимость фазового сдвига от частоты, представлена на рис.6.8.

Коэффициент частотных искажений на нижней граничной частоте

. (6.20)

Решая выражение 6.20 относительно , получим расчетную формулу:

. (6.21)

Следовательно, разделительная емкость С1 рассчитывается из необходимости удовлетворения основных технических требований к усилителю в области низких частот.

Лекция №7 Импульсные и широкополосные усилители.

7.1. Общие сведения и принципы построения импульсных усилителей.

Импульсные и широкополосные усилители предназначены для уси­ления импульсных сигналов. Импульсные сигналы подразделяются на радиоимпульсы, используемые в радиолакационных станциях, и видиоимпульсы, применяемые в видеоаппарутуре. Основной характеристикой импульсных усилителей является переходная характеристика, рис.7.1.

Рис.7.1. Переходная характеристика импульсных усилителей.

Переходная характеристика – это зависимость мгновенного значения выходного напряжения от времени при подаче на вход единичного импульса

U_вх= (7.1)

К импульсным усилителям предьявляются жесткие требования по искажению усиливаего сигнала. Искажения усиленного сигнала в импульсных усилителях определяются количественными показателями переходной характерисики, а именно, временем установления t_у и спадом плоской вершины Δ_сп. Передний фронт импульса формируется высокочастотными составляющими. Чем больше верхняя граничная частота f_в, тем меньше искажение переднего фронта t_у. Чем меньше нижняя граничная частота f_м, тем меньше искажение усиленного сигнала в области плоской вершины импульса Δ_сп. Следовательно, для безыскаженного усиления сигналов импульсные усилители должны иметь широкую полосу пропускания от единиц Герц до десятков мегаГерц. Поэтому видеоусилители являются широкополосными.

В широкополосных усилителях применяются резисторные каскады с дополнительными цепями коррекции, построенные на специальных высокочастотных транзисторах с большой площадью усиле­ния. Площадью усиления называют произведение коэффициента усиления на средних частотах К₀ на верхнюю граничную частоту

Площадь усиления опре­деляется параметрами S и C_о, которые задаются в справочниках.

В каскадах на биполярных транзисторах площадь усиления из-за внутрен­ней обратной связи не остается постоянной, поэтому при выборе биполярного транзистора лучше руководствоваться предельной частотойf_h21б или f_h21Э.

Как известно, резистивные схемы усилителей могут обеспечить широкую полосу пропускания с равномерной частотной характеристи­кой. Надо иметь в виду, что верхняя граничная частота зависит от выбора сопротивления нагрузки .В целях увеличения верхней граничной частоты в импульсных усили­телях сопротивление нагрузки выбирают небольшим:

Естественно, при этом коэффициент усиления импульсных усилителей получается также небольшим. Поэтому импульсные усилители состоят, как правило, из нескольких каскадов.

Принципиальная схема одного каскада импульсного усилителя без элементов коррекции по внешнему виду ничем не отличается от схемы резистивного усилителя низкой частоты, рис.7.2.

Рис.7.2. Импульсный усилитель.