Билет 11

Индуктивная высокочастотная коррекция. Амплитудно-частотная характеристика усилительного каскада в области верхних частот, переходная характеристика в области малых времен. Принципы, схемы, параметры, характеристики.

Следует рассматривать два вида коррекции АЧХ: при помощи индуктивности, и при помощи частотно зависимой ОС.

При индуктивной коррекции в цепь коллектора включается индуктивность, которая в области высоких частот осуществляет компенсацию влияния ёмкости нагрузки в каскаде.

Рис. 4

Элементы коррекции Rос, Cос создают в каскаде частотно-зависимую отрицательную обратную связь, глубина которой уменьшается с ростом частоты, что ведет к относительному возрастанию коэффициента усиления, росту верхней граничной частоты и появлению подъема в частотной характеристике в области высоких частот, уменьшению времени установления и появлению выброса в переходной характеристике.

Рис. 6

Типовые величины: R _ос – десятки Ом, C _ос – десятки пФ – десятки нФ, в зависимости от диапазона частот и остальных элементов схемы каскада. Но всегда _{С ос} на несколько порядков меньше блокировочной емкости схемы с эмиттерной стабилизацией.

Физическая эквивалентная схема каскада показывает, что с ростом частоты за счет уменьшения сопротивления возрастает доля входного напряжения, выделяющаяся на эмиттерном переходе (U _П) и соответственно растет ток в выходной цепи I _К = S _П U _П, где S _П – внутренняя крутизна транзистора

.

Соответственно возрастает и коэффициент усиления. Точный расчет характеристик усложнен необходимостью учитывать вклад нескольких компонент (емкости нагрузки, выходной емкости транзистора, входной проводимости, крутизны), которые имеют различный характер зависимости от частоты и неодинаковую относительную величину в разных каскадах.

При использовании высокочастотного транзистора, когда C о R о>>t, где t – собственная постоянная времени транзистора; R о = R к|| R н|| Ri – эквивалентная постоянная времени транзистора; С о = С н + С вых + С м – эквивалентная емкость нагрузки

,

можно приближенно считать, что оптимальная частотная характеристика будет получена при . (С ос – «оптимальная» емкость высокочастотной коррекции, С о = С н + С вых + С м).

Масштабный усилитель на ОУ. Устройства, осуществляющие суммирование и вычитание сигналов. Обеспечение устойчивости ОУ, охваченных отрицательной обратной связью. Регулировка коэффициента передачи на ОУ.

Операция интегрирования широко применяется при обработке и генерировании электрических сигналов. Напряжение на выходе интегратора прямо пропорционально интегралу от входного напряжения. В простейшем интеграторе, выполненном на основе инвертирующего усилителя (рис. 1, а), вместо резистора, соединяющего вход и выход ОУ, включается конденсатор .

а б

Рис. 1. Интегрирующий усилитель: а – схема интегрирующего усилителя;
б – его частотная характеристика

Если ОУ идеальный ( ), то весь входной ток интегратора течет через конденсатор. Поскольку , то . Учитывая, что , получаем следующее выражение для выходного напряжения:

(1)

где при t = 0 – исходное входное напряжение интегратора.

На рис. 1 приведены амплитудно-частотные характеристики интегратора и ОУ без обратной связи с одним полюсом.

Передаточная функция инвертирующего усилителя находится по формуле . Асимптотическая ЛАЧХ такого идеального инвертирующего интегратора, соответствующая этой формуле, представлена на рис. 1.1, б штрихованной прямой (крутизна спада на всех частотах). Она имеет единственный полюс на частоте .

У реального интегрирующего усилителя на любой частоте коэффициент передачи , что делает частоту полюса . Из условия найдем ее: .

Соответствующая асимптотическая ЛАЧХ линейно-ломаная. Кроме главного полюса она имеет, по меньшей мере, еще один полюс в области высших частот, что обусловлено спадом усиления ОУ.

Эквивалентная постоянная времени реального интегрирующего усилителя , определяющая частоту главного полюса, в раз больше, чем . Следовательно, наличие ОУ эквивалентно увеличению емкости в раз, что во столько же раз уменьшает требуемую емкость конденсатора, а значит, и его размеры.

Увеличение емкости здесь обусловлено эффектом Миллера. По существу он (эффект) состоит из ОУ и -интегратора, образованного резистором и емкостью Миллера . Следовательно, ОУ здесь выполняет две функции: создает и усиливает в раз выходное напряжение пассивного интегратора, равное .

Напряжение весьма мало. Оно составляет малую часть входного напряжения схемы, что и обеспечивает малую погрешность интегрирования. В результате ток через почти точно пропорционален входному напряжению.

Для построения прецизионных интеграторов, допускающих получение на выходе произвольных значений исходного выходного напряжения, можно воспользоваться схемой интегратора, показанной на рис. 2. Интегратор может работать в трех режимах: усиления, интегрирования и хранения – в зависимости от состояний переключателей , . Когда разомкнут, а замкнут, интегратор преобразуется в инвертирующий усилитель, выходное напряжение которого (при ). Когда замкнут, а разомкнут, тогда осуществляется интегрирование входного напряжения : . И, наконец, когда размыкаются оба переключателя и , осуществляется хранение на конденсаторе результата интегрирования.

Рис. 2. Схема универсального интегратора