Вибіркові підсилювачі (стр. 1 из 3)

Вибіркові підсилювачі

Амплітудно-частотна та фазова характеристики у підсилювачах. Корекція АЧХ підсилювача. Зворотній зв’язок у підсилювачах

I. Резонансні підсилювачі

II. Смугові підсилювачі

АЧХ та ФЧХ у підсилювачах. Корекція АЧХ підсилювача. Зворотній зв’язок у підсилювачах

Під АЧХ підсилювача розуміється частотна залежність модуля однієї з його передаточних функцій. Частіше інших на практиці використовуються комплексні передаточні функції (КПФ) вигляду:

,

Фізичний зміст модуля цих функцій представляє собою частотну залежність коефіцієнта підсилення підсилювача по напрузі

та по потужності .

Тоді ФЧХ підсилювача – це аргумент його КПФ або частотна залежність різниці початкових фаз сигнала на виході та вході підсилювача:

АЧХ та ФЧХ підсилювача роздивимося на прикладі схеми на БТ з ЗЕ для

Його схема заміщення зображена на Мал.1.

Мал.1.

АЧХ та ФЧХ підсилювача зручно розглядати окремо для області середніх, нижніх та верхніх частот.

В області середніх частот можна знехтувати провідностями

та , які малі та не впливають на загальну провідність схеми, та опором ємності , який малий. З урахуванням цих допущень маємо:

(1)

(1)

- АЧХ підсилювача по схемі ОЕ в областях середніх частот

Мал.2.а Мал.2.б

З виразу (1) слідує, що АЧХ та ФЧХ в областях середніх частот частотнонезалежні, та підсилювач змінює фазу вхідного сигналу на

, тобто інвертує її (про що свідчить знак мінус в виразі ).

В областях верхніх частот. В схемі заміщення підсилювача (Мал.1.) можна знехтувати опором роздільної ємності

. З урахуванням цього виразу для буде мати вигляд:

(2)

,

де

= .

З виразу (2) для АЧХ та ФЧХ в області верхніх частот маємо:

(3)

; (4) .

Вираз (4) не враховує постійний фазовий здвиг на

.

Аналіз виразів (3) та (4) показує, що коефіцієнт підсилення підсилювача в області верхніх частот з ростом частоти зменшується, що дає підстави казати про існування "завалу" АЧХ в області верхніх частот. Фізично це пояснюється шунтуючою дією ємності навантаження, провідність якої з ростом частоти збільшує модуль еквівалентної провідності вихідного кола, що приводить до зниження коефіцієнта підсилення.

ФЧХ отримує (з порівнянням області середніх частот) від’ємне прирощення, величина якого визначається виразом (4).

В області нижніх частот. В схемі заміщення підсилювача можна знехтувати величиною провідності ємності загрузки

та вихідної ємності . В цьому випадку вираз для комплексного коефіцієнта підсилення має вигляд:

де =

Звідси для АЧХ та ФЧХ відповідно маємо:

(5)

; (6) .

Із виразу (5) слідує, що зі зміною частоти в сторону зменшення (відносно області середніх частот) в АЧХ підсилюється також як і в області верхніх частот має місце "завал", обумовлений зростанням опору розподільного конденсатора з зменшенням частоти.

ФЧХ підсилювача (по порівнянню з областю середніх частот) отримує додатній приріст, величина якого також визначається ємністю розподільного конденсатора.

Об’єднуючи результати аналізи, проведеного для окремих областей частот, отримуємо результуючі АЧХ та ФЧХ підсилювача на БТ по схемі ОЕ (мал.. 3.1.).

Мал.. 3.3.

Частотні характеристики підсилювача з іншими схемами включення підсилюючого елементу ОК (ОС), ОБ (ОЗ) можуть бути отримані аналітичним методом.

Наявність "завалів" АЧХ в області нижніх та верхніх частот обмежує область робочих частот підсилювача, в межах якої нерівномірність АЧХ не менше заданої величини:

та .

Спроби підсилення сигналу за межами цієї полоси частот приводять до зростання частотних викривлень.

В випадках, коли ширина спектра підсилюємого сигналу перевищує ширину робочої полоси частот підсилювача, виникає необхідність корекції його АЧХ з метою розширення цієї полоси.

На практиці використовується велика кількість різноманітних схем корекції АЧХ підсилювача. Роздивимося суть деяких з них.

Корекція АЧХ в області верхніх частот. (ВЧ корекція).

Призначена для підвищення площі підсилення та верхньої границі частоти.

а) Схема індуктивної колекторної корекції. Ілюструється Мал.4.

Суть принципу роботи цієї схеми заключається в тому, що індуктивність

, ввімкнена по змінному струму паралельно ємності навантаження , створює з ним паралельний коливальний контур. Його резонансна частота вибором величини підбирається вище . В результаті шунтуюча дія ємності навантаження буде сказуватись в даній схемі на більш високих ділянках ніж в схемі некоректуючого підсилення, а значення верхньої граничної частоти ( ) переміщується в область більш високих частот.

Мал.5

Переваги даної схеми корекції являється її простота та значне збільшення (в 1,7 рази) площі підсилення.

Недолік схеми заключається в наявності в ній котушки індуктивності, яку неможливо виготовити з використанням інтегральної технології. Одним з можливих варіантів вирішення цієї проблеми є заміна котушки індуктивності без індуктивною схемою, маючою вхідний опір індуктивного характеру.

б) Схема емітерної високочастотної корекції (Мал.6.)

В ланцюг емітера вмикається ланцюг (RC) частотно-залежної ООС, яка діє тільки в області нижніх та середніх частот, зменшуючи в цих областях напругу

на величину напруги ООС . При цьому зменшується і коефіцієнт підсилення в ОНЧ та ОСЧ. В області верхніх частот (ОВЧ) ООС зникає, бо величина ємності С вибрана таким чином , що її опір в ОВЧ було на багато менше опору R, а напруга зворотного зв’язку - близьке до нуля. В результаті коефіцієнт підсилення підсилювача в ОВЧ зростає порівняно з його значенням в ОНУ та ОСУ, а нерівномірність АЧХ не більше заданої в більш широкій просі частот. Даний принцип роботи схеми емітерної корекції ілюструється на Мал.7.:

Мал.7.

Недоліком даної схеми є зменшення за рахунок ООС коефіцієнта підсилення (порівняно зі схемою без корекції) в ОНЧ та ОСЧ. Але цей недолік можна компенсувати, ввімкнувши додатковий каскад підсилення.

в) Схема колекторної низькочастотної корекції (Мал.8.):