Усилитель многоканальной системы передачи (стр. 5 из 6)

На частотах f > f_c положение ЛАХ Т(f) определяется асимптотами частотных характеристик каскадов усиления. Поэтому этот участок носит название асимптоты ЛАХ Т(f).

В диапазоне частот f_a…f_c 20lgT(f) = -x дБ, что соответствует запасу устойчивости по модулю. Этот участок характеристики Боде называется ступенькой. Ступенька формируется для того, чтобы в диапазоне частот f £ f_d скомпенсировать дополнительный суммарный фазовый сдвиг, который слагается из фазового сдвига асимптоты, неминимально-фазового сдвига транзисторов и сдвига фазы из-за конечного времени распространения сигнала в петле ОС. Аналитический расчет перечисленных составляющих сложен и значительно увеличит объем курсового проекта. Поэтому предлагается длину ступеньки выбрать ориентировочно порядка 1,5…3 октав [f_c/f_d» 3…8].

Дальнейшие нарастание фазового сдвига arg T(f) на асимптотических частотах (в соответствии с наклоном ЛАХ на f > f_c – N6 дБ/окт) до предельной величины -N·90⁰ не нарушает устойчивости, так как на частотах f > f_d уже обеспечен запас устойчивости

6.2. Факторы, влияющие на максимально допустимую глубину ОС.

Допустимая из условий устойчивости глубина ОС зависти от запасов устойчивости, наклона асимптоты и ее удаленности от верхней частоты рабочего диапазона, т.е. частоты f_{T ср}, а так же от потерь в пассивной части на асимптотических частотах.

Запасы устойчивости. Увеличение запасов устойчивости приводит к снижению значения глубины ОС.

Запас устойчивости по фазе влияет на наклон характеристики идеального среза и ширину ступеньки с увеличением У наклон характеристики и частота fd становится меньше.

Для усилителей многоканальной связи считаются достаточными следующие запасы устойчивости:

По фазе j = 30⁰ – 45⁰ (У = 1/6…1/4);

По модулю возвратного отношения х = 6…10дБ.

Наклон асимптоты. – определяется числом каскадов, так как при проектировании усилителей с глубокой близкой к максимально возможной ОС, принимают специальные меры, чтобы элементы пассивной части не создавали дополнительного наклона ЛАХ T(f).

Частота единичного усиления f_{T cp}. Это частота на которой коэффициент передачи активной цепи становится равным 1(0 дБ). Величина f_{T cp} зависит от выбранных транзисторов. При увеличении f_{T cp} область асимптоты и ступеньки ЛАХ Т(f) сдвигаются в сторону более высоких частот, а допустимая глубина ОС увеличивается.

Потери в пассивной части на асимптотических частотах. Частота f_{T cp} является частотой единичного усиления передачи по петле ОС только в том случае, если на этой частоте передача через пассивные петли В_Т=В₂·В₀·В₁ = I. В реальных условиях пассивные цепи вносят затухание и асимптота ЛАХ Т(f) на частоте f_{T cp} происходит ниже на величину А_Т(дБ) = -20lgВ_т (рис. 6.1).

Чтобы увеличить допустимую глубину ОС, необходимо максимизировать передачу сигнала по петле ОС на асимптотических частотах за счет снижения потерь в пассивной части петли ОС А_Т. При уменьшении А_Т (рис. 6.1) асимптота и область ступеньки ЛАХ Т(f) оптимального среза сдвинется в сторону более высоких частот, а А_max увеличится. Для уменьшения асимптотических потерь параллельно цепям пассивной части включают конденсаторы высокочастотного обхода С_а, как показано на ри. 6.2 для схемы усилителя с комбинированной ОС, рассмотренных в п. 5.1.

Емкость этих конденсаторов выбирается таким образом, чтобы если они не оказывали заметного влияния в рабочем диапазоне частот. Для этого сопротивление на верхней частоте рабочего диапазона усилителя должно быть еще значительно больше, чем R цепи, параллельной которой включен конденсатор, т.е.

С_а = (0,1…0,2)/(2pf_ВR); (6.1).

Емкости конденсаторов, включенных параллельно обмоткам входного или выходного трансформаторов, следует рассчитывать относительно R_{Г1 опт} или R_HN соответственно, величины которых определяются на этапе эскизного расчета, а С_а3 – относительно соответствующего сопротивления цепи ОС.

На асимптотических частотах пассивная часть петли ОС будет представлять емкостной делитель с постоянным коэффициентом передачи. Тогда вносимое затухание цепи ОС на этих частотах А_Т определяется следующим уравнением:

А_Т = 20lg(1+С₁/С_{а ЭК}); (6.2).

Где С₁ = С_RN + C_M, причем С_М = 1…10 пФ – емкость монтажа в выходной цепи транзистора.

С_а = (1/С_а1 + 1/ С_а3 +1/С_б`_э)^-1; (6.3).

Влиянием С_а2 на А_Т при расчете можно пренебречь, на практике А_Т уточняется экспериментально.

Произведем вычисления для первого каскада:

Зададимся С_м » 2,5 пФ; R_Н2 = 937,5 Ом; R _{Г1 опт} = 125 Ом; f_в = 280000 Гц; R_ОС = 34 Ом; С_к2 = 25 пФ;

Таблица № п.6.2.

Величина	Са1, Ф	Са2, Ф	Са3, Ф	С1, Ф	Ca кэ, Ф	Aт, дБ
Значение	0,1/(2·0,28·p·125) = =4,55E-10	1,67E-09	6,06E-11	3,50E-11	4,81E-11	4,75

Зная номинальные значения емкостей конденсаторов, приведем таблицу значений емкостей конденсаторов по ГОСТу, исходя из следующего принципа, значение по ГОСТу должно соответствовать номинальному с точностью до 20%.

Таблица №П.6.2.

Конденсатор	Единицы измерения	Номинальное значение	ГОСТ	По ГОСТу	Группа по ТКЕ.
Са1	Ф	4,55E-10	Тип госта Е24(n = --10; х = 6,8) К10–17	6,8Е-10	М75 Uном = 25
Са3	Ф	6,06E-11	Тип госта Е24(n =2; х = 3,3) К10–17	1,2Е-10	М75 Uном = 25
Са2	Ф	1,67E-09	Тип госта Е24(n =2; х = 3,3) К10–17	5,6Е-10	М75 Uном = 25

6.3. Построение ЛАХ Т(f).

1. Построение некорректированной ЛАХ Т(f).

Некорректированная характеристика на средних частотах рабочего диапазона (верхняя граница на рис.6.1) определяется разностью коэффициентов усиления усилителей при выключенной и включенной ОС:

20lgT » 20lgF = 20lgK – 20logK_F(1 + R₁/R_вх)/ (1 + R₁/R_{вх F}); (6.5).

20lg15793,4 – 20lg60·(1+150/114,7)/(1 + 150/150) = 46,07483 дБ.

Для определения ЛАХ T(f) во всем контролируемом диапазоне частот следует продолжить построение этой характеристики до соединения с асимптотой, увеличивая, ее наклон на 6 дБ/окт на частотах полюсов (соответственно Р₁, Р₂). Если К – цепь содержит четное и общая ОС строится по схеме рис.5.1, то выходной транзистор оказывается включенным в петлю ОС по схеме ОК, частотные свойства которой значительно лучше, чем схемы ОЭ. Это свойство следует учесть при построении некорректированной ЛАХ T(f), принимая частоту полюса выходного каскада ориентировочно равной f_p2 » (0,6…0,8)f_T2.

2. Проводится линия уровня минимально требуемой глубины ОС 20lgF_min = 20lgF, определенный в п.2.3.

20lgF = 37,50123 дБ.

3. Проводится асимптота с наклоном -N·6 дБ/окт через точку с координатами:

(f_{т ср}, -А_Т, дб) = (547 722 557,51; 4,75 дБ);.

4. На асимптоте, на уровне выбранного запаса устойчивости по модулю х = -10 дБ отмечается точка пересечения асимптоты со ступенькой, определяющая частоту конца ступеньки f_c.

5. По частоте f_c находится частота начала ступеньки f_d из условия ориентировочной длины ступеньки 1,5…3 октавы (f_d » f_c/(3…8)). Между частотами f_d и f_c вычерчивается ступенька на уровне – х = -10 дБ.

6. От начала ступеньки (на частоте f_d) проводится луч с наклоном –12(1 – у) дБ/окт до частоты f_В/2 и ордината конца луча определяет уровень А_мах в рабочем диапазоне частот.

7. Более точно ширина ступеньки и значение А_мах могут быть расчитаны по формулам :

f_c = f_{Т ср}·10^{0,05(х – Ат)/N} = 1 833 737 934,55 Гц.

f_d = 2(1 – у)360⁰/(p²a_z)²;

;

Здесь a_z = a_a + a_н + a_п , где a_a, a_н, a_п – коэффициенты линейного фазового сдвига асимптоты, нелинейной фазы транзисторов и петли ОС. Они определяются соответственно положением асимптоты, параметрами транзисторов и конструкцией усилителя.