Широкополосные усилители

К широкополосным усилителям относятся усилители, у которых средняя частота усиления соизмерима с полосой пропускания. Спектр усиливаемых частот широкополосных усилителей может составлять от единиц герц до сотен и тысяч мегагерц. Схема усилителя приведена на рис. 3.

Одной из характеристик широкополосного усилителя является коэффициент частотных искажений

(7)

,

где - постоянная времени выходной цепи резисторного каскада в области высоких частот.

(8)

Уменьшение коэффициента частотных искажений достигается уменьшением постоянной времени, связанной с выходной емкостью C₀ и эквивалентным сопротивлением нагрузки R₀. Емкость C₀ определяется главным образом выходной емкостью транзистора и входной емкостью нагрузки последующего каскада, а сопротивление R₀ требуемым коэффициентом усиления , где S - крутизна характеристики. Полагая на границе полосы пропускания , получим

.

(9)

Площадь усиления представляет собой произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания

.

Выражение (9) показывает, что площадь усиления зависит только от крутизны характеристики и емкости C₀.

Определенный выигрыш в площади усиления для усилителя с заданной крутизной дает использование элементов коррекции широкополосных усилителей. Суть ее заключается в том, чтобы реактивность одного знака, в данном случае емкость, компенсировать реактивностью противоположного знака – катушкой индуктивности. Высокочастотная коррекция обеспечивает постоянное значение коэффициента усиления в более широком частотном диапазоне. Емкость C₀ совместно с корректирующей индуктивностью L_к образуют контур, который может работать в апериодическом, при добротности , или в колебательном режиме при добротности Q > 0,5.

Параметром коррекции служит коэффициент а = Q², который характеризует форму частотной характеристики в области высоких частот. Наилучшую форму частотной характеристики без подъема можно получить при а = а_кр

= 0,414. Максимальный выигрыш в площади усиления, частоте или постоянной времени у корректированного каскада составляет 1,72 раза. При а > 0,414 АЧХ имеет подъем в области верхних частот. Выигрыш в площади усиления зависит от заданного значения коэффициента частотных искажений. При M_вч = 1 дБон составляет 2,3 раза, а при M_вч =0,1 дБ – 4 раза.

В схеме усилителя (рис. 3) в качестве элемента высокочастотной коррекции для расширения полосы усиливаемых частот используется одна из обмоток высокочастотного трансформатора. Нагрузочный резистор второй обмотки трансформатора R ₇ устанавливает значение коэффициента а = Q², устанавливающее требуемую форму АЧХ. Для уменьшения верхней граничной частоты усилителя сток полевого транзистора подключается через конденсаторы C ₅, C ₆ и C ₄, C ₇ к общему проводу. При этом увеличивается емкость C₀ усилителя (9) и уменьшается площадь усиления.

В некоторых случаях возникает необходимость коррекции АЧХ усилителя в области низких частот. Подъем АЧХ на низких частотах выполняется с помощью конденсаторов в цепи коллекторной или стоковой нагрузки усилителя (рис. 3). В диапазоне средних и высоких частот резистор R ₁, являющийся частью стоковой нагрузки усилителя, закорочен реактивным сопротивлением конденсатора C ₁ или C ₂ в зависимости от положения переключателя S ₁. Нагрузка усилителя равна сопротивлению резистора R ₂, а коэффициент усиления . На низких частотах реактивное сопротивление конденсаторов C ₁ и C ₂ возрастает, и нагрузка усилителя стремится к сумме (R ₁ +R ₂ ). Соответственно увеличивается и коэффициент усиления .

Дата добавления: 2015-05-06