Лекции по "Схемотехнике аналоговых устройств"
Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Февраля 2013 в 00:47, курс лекций
Описание работы
1. Принцип электронного усиления и классификация усилителей
2. Основные показатели качества усилительных устройств
3. Анализ работы УК с помощью ВАХ
4. Критерии выбора положения ИРТ
5 Принципы обеспечения заданного положения ИРТ
Работа содержит 45 файлов
1
Линейные искажения в усилителях переменного сигнала
Напомним, что под переменными сигналами понимаются такие, которые
имеют относительно большие скорости изменения или малое время сущест-
вования и не содержат постоянных составляющих.
В усилителях переменных сигналов допустимо использование на пути
распространения сигнальных токов и напряжений разделительных конденса-
торов С
р
. Кроме того, в них могут применяться блокировочные конденсато-
ры C
б
, исключающие влияние на распределение сигнальных потенциалов
участков цепи, зашунтированных этими конденсаторами. Таким образом, под
усилителями переменных сигналов понимаются такие, в схемах которых
применены разделительные и блокировочные конденсаторы. При составле-
нии эквивалентных схем для переменного тока эти конденсаторы заменяются
короткими замыканиями.
Синтез схемы каскада переменного сигнала осуществляется в несколько
этапов. В ходе выполнения первых из них проводится выбор его структуры и
номиналов элементов с точки зрения обеспечения заданного режима работы
на постоянном токе. При этом независимо от предполагаемой схемы включе-
ния транзистора по переменному току, за основу принимается схема с фик-
сированным током эмиттера. На следующем этапе в схему вводятся раздели-
тельные и блокировочные конденсаторы, с помощью которых формируется
требуемая схема включения транзистора на переменном токе. Способы под-
ключения блокировочных конденсаторов при организации схем ОЭ, ОК и ОБ
иллюстрирует рис. 1. При этом, в ряде случаев для повышения стабильности
и определенности свойств каскада ОЭ на переменном токе в эмиттерную
цепь его транзистора включают дополнительное сопротивление R
F
.
2
Рис. 1
На низких частотах выполнить условие пренебрежимо малого значения
сопротивлений конденсаторов С
р
и C
б
не удается, в результате чего в каскаде
возникают низкочастотные искажения, а при прохождении прямоугольного
импульса большой длительности происходит спад вершины импульса, воз-
никающий вследствие того, что каскад не способен передавать постоянные
напряжения. Для снижения этих искажений требуется увеличение емкостей
конденсаторов С
р
и C
б
, что не всегда выполнимо по конструктивным и эко-
номическим соображениям. Поэтому номиналы емкостей этих конденсаторов
выбирают исходя из предельно допустимых частотных или переходных ис-
кажений.
Рассмотрим основные соотношения, с помощью которых осуществляют
выбор значения емкостей конденсаторов С
р
и C
б
. В основу этих соотноше-
ний положена взаимозависимость между спадами ε
р
и ε
б
нормированной
АЧХ разделительной и блокировочной цепей со значениями емкости конден-
сатора С
р
и C
б
соответственно.
Конденсатор С
р
объединяет на переменном токе два зажима многопо-
люсной цепи, разделяя их на постоянном (делает взаимонезависимыми по-
стоянные потенциалы этих полюсов). Эквивалентная схема сигнальной цепи,
содержащей разделительный конденсатор, приведена на рис. 2. При этом рис.
2,а соответствует случаю, когда сигнальные изменения представлены с по-
3
мощью генератора тока, а рис. 2,б – с помощью генератора напряжения. Оба
представления взаимно эквивалентны.
Рис. 2
Рассмотрение передаточных свойств этой цепи рис. 2 на участке 1-2 в
частотной области показывает, что нормированная амплитудно-частотная
характеристика этой разделительной цепи определяется соотношением:
( )
( )
р
2
р
1
1 2π τ
M
f
f
=
+
,
где τ
р
=С
р
(R
1
+R
2
) – постоянная времени разделительной цепи. На основании
этого соотношения можно сформулировать требование к значению емкости
конденсатора С
р
, при которой на нижней граничной частоте f
н
спад норми-
рованной амплитудно-частотной характеристики (НАЧХ) не превосходил бы
ε
н
, где ε
н
=1-M
р
:
(
)
(
)
ð
í
1
2
2
í
1
1
2
1
1 ε
C
f R
R
π
≥
+
−
−
.
Конденсаторы C
б
в области низких частот не могут оказать достаточно-
го блокирующего действия, в результате чего цепь заземления общего про-
вода транзистора не имеет нулевого сопротивления и схемы ОЭ, ОК и ОБ
выступают в роли схем с незаземленным общим электродом, т.е. каскадов
ОЭ
F
, OK
F
и ОБ
F
. В этих схемах в цепи общего электрода оказывается вклю-
ченным комплексное сопротивление Z
F
=X
б
||R
F
= R
F
/(1+ jωτ
б
), где R
F
– рези-
стивное сопротивление внешней по отношению к транзистору цепи, шунти-
руемой конденсатором C
б
; X
б
=1/(jωC
б
), τ
б
= C
б
R
F
– постоянная времени бло-
кирующей цепи. Для схемы ОЭ
F
(рис. 1,a) R
F
=R
э
, для OK
F
(рис. 1,б) R
F
=R
к
.
Для каскада OБ
F
, R
F
=R
дел
, где R
дел
=R
1
||R
2
.
4
Вследствие ненулевого значения сопротивления Z
F
в области низких
частот коэффициенты усиления каскадов меньше номинальных (К
0
), и НАЧХ
M(f) имеет дополнительный спад
( )
(
)
(
)
(
)
2
á
á
á
2
2
á
1 2π τ
ε
1
1
1
2π τ
F
f
M
f
gR
f
+
= −
= −
+
+
.
Для схем ОЭ g=g
21
, OK g=g
22
, OБ
F
g=g
11
. Обычно g
21
>> g
11
>> g
12
,
вследствие чего наиболее заметно рассматриваемые процессы проявляются в
схеме ОЭ, в меньшей степени в – схеме ОБ и практически незаметны при
включении ОК. Поэтому выбор номиналов блокирующих конденсаторов на
основании допустимых значений ее осуществляют только при построении
схем ОЭ и ОБ. При этом для включений ОЭ
(
)
(
) (
)
(
)
2
2
б
21 э
б
2
э
21
б
1 ε
1
1
1
2π
1
1 1 ε
F
g R
C
fR
g R
−
+
−
≥
+
− −
;
для включения ОБ
(
) (
)
(
)
2
2
б
21 б
б
2
б
б
1 ε
1
1
1
2π
1 1 ε
g R
C
fR
−
+
−
≥
− −
.
В любом усилительном каскаде, не являющимся УПТ, т.е. с АЧХ имею-
щей спад в области низких частот, возникают переходные искажения. Эти
искажения связаны с тем, что усилители переменных сигналов не способны
передавать постоянные и медленно меняющиеся сигнальные напряжения. В
частности, если в схемах рис. 2 сигнальный ток i
1
или сигнальное напряже-
ние e
1
имеют вид скачка тока или напряжения, то напряжение u
2
на выходе
разделительной цепи будет изменяться по экспоненциальному закону, а
именно
(
)
ð
2
2
( )
(0)e
t
u t
u
τ
−
=
, где u
2
(0)=(R
1
||R
2
)i
с
– значение напряжения на
выходе разделительной цепи в момент начала действия импульсного сигнала.
График напряжения u
2
(t) приведен на рис. 3.
5
Рис. 3
При конечной длительности t
и
прямоугольного импульса к моменту его
окончания вершина импульса претерпевает спад
(
)
è
ð
τ
è
í è
ð
1
2π
τ
t
t
e
f t
−
∆ = −
≈
=
,
где f
н
– нижняя граница полосы пропускания разделительной цепи, опреде-
ленная по уровню "минус 3 дБ". Следует отметить, что соотношение (49)
применимо и по отношению к тракту в целом, т.е. приближенно можно при-
нять, что
Δ
Σ
≈2πf
нΣ
t
и
,
(50)
где Δ
Σ
– общий спад переходной характеристики тракта в целом; f
нΣ
– ниж-
няя граница полосы пропускания по уровню "минус 3 дБ".
Информация о работе Лекции по "Схемотехнике аналоговых устройств"