Назначение цепей коррекции

Введение высокочастотной коррекции позволяет получить не только подъем частотной характеристики усилительного каскада в области верхних частот, что можно использо­вать для компенсации частотных искажений всего усилителя и тем самым расширить полосу усиливаемых частот, но и для определенного выигрыша в площади усиления.

Введение низкочастотной коррекции позволяет расширить полосу в сторону нижних частот (т. е. выравнить частотную характеристику в этой области) либо получить необходимый ее подъем. При неизменных требованиях к частотным искажениям это позволяет уменьшить ем­кость разделительных и блокировочных конденсаторов.

Частотную и переходную характеристики можно корректировать двумя способами. Во-первых, применением корректирующих звеньев, коэффициент передачи от частоты которых имеет определенную зави­симость. Во-вторых, использованием специально подобранных частот­но-зависимых обратных связей.

Необходимость в цепях НЧ коррекции особенно появляется в уси­лителях, предназначенных для усиления сигналов очень низких частот (единицы герц) или импульсов весьма большой длительности (доли секунд). Для расширения полосы пропускания в сторону нижних час­тот или улучшения переходной ха­рактеристики усилителя в области больших времен часто используют корректирующую цепочку R _ф C _ф, ко­торая либо может специально созда­ваться в каскаде усиления, либо (что часто бывает на практике) ею может служить цепочка развязывающего и сглаживающего фильтра. Схема уси­лительного каскада на биполярном транзисторе с корректирующей це­почкой R _ф C _ф показана на рисунке 2.32(а), а его эквивалентная схема в области нижних частот на рисунке 2.32(б).

Коррекция АЧХ с по­мощью цепочки R_фC_ф.

Принцип действия цепи НЧ коррек­ции состоит в следующем. С пони­жением частоты сопротивление кон­денсатора С _ф растет, а следователь­но, растет результирующее сопротивление Z _ф цепочки R _ф C _ф. Это при­водит к увеличению суммарного сопротивления R + Z _ф от R на часто­тах ω_cр и выше до R + R _ф при ω стремящимся к 0, что вызывает рост общего сопротивления нагрузки усилительного элемента R_~.

В результате коэффициент усиления каскада с понижением частоты возрастает, что компенсирует падение усиления на нижних частотах из-за наличия разделительного конденсатора С _р (а также С _э и других блокировочных конденсаторов).

Рисунок 2.32 – Схема уси­лительного каскада на биполярном транзисторе с корректирующей це­почкой R _ф C _ф

В резисторных каскадах на биполярных транзисторах эта схема даёт лучшие результаты при работе на высокоомную нагрузку,так как по мере её увеличения результирующее сопротивление R_~ сильнее меняется с частотой.

Рисунок 2.33– АЧХ с НЧ коррекцией фильтром

Коррекцию частотной характеристики в области нижних частот при различных значениях емкости конденсатора Сф можно пояснить с помощью зависимостей (рисунок 2.33). На рисунке 2.33 показана зависимость результирующего коэффициента передачи К'_и всего усилительного каскада с НЧ коррекцией, К'_и=Uвых / U _п.

Как следует из зависимостей (рисунок 2.33) имеется такое значение ем­кости С _ф = С _ф.кр, при котором частотная характеристика каскада с НЧ коррекцией не имеет подъема в области нижних частот. При С _ф< С _ф.крна частотной характеристике в области нижних частот появляется подъем. Это объясняется тем, что при С _ф< С _ф.кр усиле­ние еще не упало из –за цепочки R _н C _р, а цепочка R _ф С _ф уже вызывает подъем усиления.

Коррекция с помощью частотно-зависимой ООС.

Для коррекции частотной и переходной характеристик усилительного каскада используется и частотно-зависимая отрицательная обратная связь. Так, вводя в усилительный каскад ООС, можно увеличить постоянные времени цепей, от которых зависят его частот­ная и переходная характеристики.

Рисунок –2.34. Схема усилителя с НЧ коррекцией с помощью ООС  

Для примера рассмотрим схему усилительного каскада (рисунок 2.34), в котором для коррекции частотной характеристики в области нижних частот включена цепочка частотно-зависимой ООС, состоящая из последова­тельно соединенных кон­денсатора С _св и рези­стора R_cb. Емкость С _cв выбирается такой, что при уменьшении частоты в сто­рону нижних частот ООС ослабевала. При этом ко­эффициент усиления кас­када за счет ослабления ООС будет уменьшаться в меньшее число раз, что приведет к компенсации снижения результирующего коэффи­циента усиления каскада из-за влияния емкости разделительного кон­денсатора С _р.

Индуктивная ВЧ коррекция обеспечивает существенное увеличение площади усиления П при стабильных, постоянных параметрах эле­ментов усилителя. Наибольшая эффективность этого способа коррек­ции достигается при выполнении условий R _н» R и R _вых» R. Эти условия в достаточной степени выполняются в усилителях на полевых транзисторах и электронных лампах, а также на биполярных транзис­торах с ОЭ и ОБ, работающих на высокоомную нагрузку, в частности, в оконечных каскадах.

Индуктивную коррекцию подразделяют на простую и сложную, в зависимости от числа реактивных элементов в корректирующем звене.

Так, при простой индуктивной коррекции используется одна катушка индуктивности. На рисунке 2.35(а) приведена схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с простой параллельной ВЧ - коррекцией индуктивностью L, на рисунке2.35(б)— схема каскада на полевом транзис­торе с последовательной ВЧ - коррекцией.

Простая параллельная схема получила наиболь­шее распространение среди схем ВЧ индуктивной коррекции вследст­вие своей простоты и надежности в эксплуатации. Эквивалентная схе­ма усилительного каскада с ВЧ коррекцией в области верхних частот на биполярном транзисторе показана на рисунке 2.36(а). Если предположить, что выполняется условие r _к.э» R и R _н» R, то эк­вивалентная схема приведённая на рисунке2.36(а) примет вид рисунка 2.36(б).Заметим, что схе­ма рисунок 2.36(б), а следовательно, и приведенные ниже рассуждения справедливы и для усилительных каскадов на полевых транзисторах.

Рисунок 2.37 – АЧХ с коррекцией индуктивностью

Коррекция частотной характеристики при включении индуктив­ности L осуществляется благодаря увеличению сопротивления коллек­торной цепи для области верхних частот. Корректирующая индук­тивность L включается последовательно с резистором нагрузки R и совместно с С ₀ образует параллельный резонансный контур, нагру­жающий каскад. На резонансной частоте контура нагрузкой УЭ будет не просто сопротивление R, а эквивалентное сопротивление контура.

Это сопротивление получается на верхних частотах более высоким, чем сопротивление резистора R, зашунтированного емкостью С ₀. По этой причине увеличивается сопротивление нагрузки выходной цепи уси­лительного элемента в области верхних частот, расширяется поло­са пропускания каскада, следовательно, улучшается частотная харак­теристика в области верхних частот и переходная характеристика в области малых времен.

Высокочастотная коррекция с помощью частотно-зависимой ООС наиболее широко применяется в усилительных каскадах на биполярных транзисторах. Это связано с тем, что в широкополосных каскадах пред­ L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEA53L3psUA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESP3WoCMRSE7wu+QzgF72q2ij+sRhGpUApFqoJ4d9gc N9tuTrZJ1PXtG0Ho5TAz3zCzRWtrcSEfKscKXnsZCOLC6YpLBfvd+mUCIkRkjbVjUnCjAIt552mG uXZX/qLLNpYiQTjkqMDE2ORShsKQxdBzDXHyTs5bjEn6UmqP1wS3texn2UharDgtGGxoZaj42Z6t gvHkqM23/2j3h8/lr9k0sn5DqVT3uV1OQURq43/40X7XCvqDIdzPpCMg538AAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQDncvemxQAAANwAAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

Рисунок 2.38 –Схема усилителя с эмиттерной коррекции

варительного усиления из-за низкоомной нагрузки, сильного разброса параметров биполярных транзисторов и существенной зависимости их от температуры ВЧ коррекция индуктивностью оказывается мало­эффективной. Коррекция индуктивностью непригодна в усилительных каскадах, выполненных по интегральной технологии.

p +Wfu+GxF1YwiEukN/4xFN1ASAG0pwWXZoWUujaPutneXas1Xk2UOGJyD0PgJNn2Nk8ek59YNTvXz pL7mQZXl4c988/3rumDWBUA98Q+uw4n3xqfTX+ZZPW5ahHgiAKnqX7hunYpzMO+lMG7QJHcUgm/S DR3veoAp9XRHXlKNN1CR7m6v/YnzoBp3oPK+w/npz3sej7sW8qAad0PufYf/PzKkHMOYDvfeAAAA AElFTkSuQmCCUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALGCZ7YKAQAAEwIAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtD b250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAA AAA7AQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEA0K/aWKUEAABrCgAADgAAAAAAAAAAAAAA AAA6AgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAqiYOvrwAAAAhAQAAGQAAAAAAAAAA AAAAAAALBwAAZHJzL19yZWxzL2Uyb0RvYy54bWwucmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQBum30/4gAA AAoBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAP4HAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwECLQAKAAAAAAAAACEAlv9e l843AADONwAAFAAAAAAAAAAAAAAAAAANCQAAZHJzL21lZGlhL2ltYWdlMS5wbmdQSwUGAAAAAAYA BgB8AQAADUEAAAAA "> L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEADC04T8YA AADdAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQWsCMRSE70L/Q3gFbzVrsa1ujSKiUIQiVUG8PTav m7WblzWJuv77plDwOMzMN8x42tpaXMiHyrGCfi8DQVw4XXGpYLddPg1BhIissXZMCm4UYDp56Iwx 1+7KX3TZxFIkCIccFZgYm1zKUBiyGHquIU7et/MWY5K+lNrjNcFtLZ+z7FVarDgtGGxobqj42Zyt grfhQZujX7W7/efsZNaNrBcoleo+trN3EJHaeA//tz+0gsHoZQB/b9ITkJNfAAAA//8DAFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQDw94q7/QAAAOIBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10u eG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADHdX2HSAAAAjwEAAAsAAAAAAAAAAAAAAAAALgEAAF9yZWxzLy5y ZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADMvBZ5BAAAAOQAAABAAAAAAAAAAAAAAAAAAKQIAAGRycy9zaGFw ZXhtbC54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEADC04T8YAAADdAAAADwAAAAAAAAAAAAAAAACYAgAAZHJz L2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA9QAAAIsDAAAAAA== " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

Рисунок 2.39 – Коррекция АЧХ с помощью ООС

Одной из самых распространенных и наиболее простых схем ВЧ кор­рекции с помощью частотно-зависимой ООС является схема эмиттерной коррекции, при которой используется комплексная ООС в эмиттерной цепи с помощью цепочки R _э.кор C _э.кор(рисунок 2.38). Благодаря этой цепочке в усилительном каскаде создается достаточно глубокая последовательная отрицательная связь по току. Сопротивление ре­зисторов R _э+ R _э.кор совместно с R1 и R 2 определяет точку покоя каскада. Конденсатор С_э большой емкости шунтирует R_э по переменно­му току на всех рабочих частотах, поэтому частотно-зависимая ООС соз­дается только благодаря цепочке R _э.кор C _э.кор. Если постоянное на­пряжение на резисторе R _э.кор достаточно для обеспечения требуемой точки покоя и ее стабилизации, то цепочку R _э C _э можно из схемы ис­ключить.

Рассмотрим принцип работы каскада с коррекцией с помощью цепочки R _э.кор C _э.кор. Напряжение на переходе транзистора U_п благодаря ООС уменьшается, что приводит к снижению коэффициента усиления K_u каскада. Небольшая емкость конденсатора C _э.кор выбирается такой, что ООС действует в основном на нижних и средних частотах. На верхних частотах, на которых усиление уменьшается из-за влияния распределенной емкости C₀, ООС ослабляется, что компенсирует завал АЧХ. Сказанное иллюстрируют зависимости коэффициента усиления каскада K_u при различных значениях емкости C _э.кор, показанные на рисунке 2.39.

При C _э.кор = на всех частотах обратная связь из-за цепочки R _э.кор C _э.кор отсутствует. При C _э.кор = 0 на всех частотах имеется ООС, снижающая коэффициент усиления K_u на всех частотах (это снижение несколько ослабевает на верхних и нижних частотах.) При C _э.кор = С _кор обратная связь действует только на нижних и средних частотах, на верхних она отсутствует и коэффициент усиления остается таким же, как и при C _э.кор = . В этом случае частотная характеристика имеет подъем в области верхних частот. При C _э.кор = С  _кор < C _кор частотная характеристика наиболее монотонна в области рабочих частот.

Таким образом. при введении цепочки R _э.кор C _э.кор создается глубокая ООС, которая уменьшает усиление каскада в области средних и низких частот (ВЧ коррекция индуктивностью увеличивает усиление каскада в области верхних частот). В области частот, где усиление каскада снижается из-за распределенной емкости С₀, ООС через цепочку R _э.кор C _э.кор ослабляется, усиление растет и компенсирует завал АЧХ в области верхних частот. Наиболее широкая полоса пропускания получается при определенных соотношениях постоянных времени R _э.кор C _{э.кор и} С₀ R_{вч экв,} при этом получается выигрыш по площади усиления 1.5-1.7 раза.

Выводы: 1. Длительность фронта импульса пропорциональная постоянной времени τ_в=C₀R_{в экв .} 2. Искажение плоской части импульса зависит от постоянной времени τ_н=C₀R_{н экв.} Чем меньше τ_н, тем больше спад плоской части. 3. Цепи коррекции широкополосных усилителей позволяют расширить полосу усиливаемых частот от самых низких до самых высоких при сохранении заданного коэффициента усиления на средних частотах.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается противоречие при выборе сопротивления нагрузки в широкополосных усилителях?

2. Какое влияние оказывает входное сопротивление следующего каскада на длительность фронта и спад плоской части импульса?

3. Каковы соображения по выбору Cф в коллекторной (стоковой) цепи для коррекции искажений на нижних частотах?

4. Какая схема простой ВЧ коррекции при одной и той же величине Lк может обеспечить более широкую полосу усиления – последовательная или параллельная и почему?

5. Почему резонансные схемы ВЧ коррекции не применяют в промежуточных каскадах усиления на биполярных транзисторах?

Дата добавления: 2014-11-16