Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Импульсные усилители





Для усиления сигналов импульсной или сложной формы необходимы усилители, способные работать в широкой полосе частот (от единиц Герц до многих МегаГерц). Анализ таких усилителей проводят в предположении, что на их входы подаются идеальные импульсы прямоугольной формы. Импульсный сигнал прямоугольной формы характеризуется широ­ким спектром гармонических составляющих. Передний и задний фронты импульса определяются высокочастотной частью спектра, а вершина импульса – его низкочастотной частью. Следовательно, для малоискаженной передачи фронтов импульса необходимы усилители с хорошими высокочастотными свойствами (большими значениями верхней рабочей частоты), а для малоискаженной передачи плоской вершины требуются усилители с малыми значениями нижней частоты (в идеальном случае f н = 0, что характерно для усилителей постоянного тока).

Таблица 4.3 – Импульсные усилители

Вариант Принципиальная схема Эквивалентная схема Вид АЧХ
    а)   б)          

Для построения импульсных усилителей необходимы широко­полосные каскады усиления. Показателем качества широкополос­ного каскада усиления является его площадь усиления

S УС = К 0 · f В ГР,

где К 0 — коэффициент усиления на средних частотах;

f В ГР — верх­няя граничная частота.

Для построения широкополосных усилите­лей используются усилительные приборы с максимальным отно­шением крутизны к емкости, нагружающей каскад С 0, что следует из выражения: S yc = S /(2p C 0).

До разработки интегральных усилителей импульсные усилите­ли выполнялись на основе каскадного соединения резисторных каскадов усиления, обладающих хорошими частотной, фазовой и переходной характеристиками. Дополнительно для расширения полосы усиливаемых частот в резистивных каскадах использова­лись цепи коррекции. Данные о резистивных каскадах с низкочас­тотной и высокочастотной коррекциями приведены в таблице 4.3 (варианты а) и б) соответственно).

Низкочастотная коррекция осуществляется цепочкой С ф R ф, включенной в выходную цепь каскада. Такая схема коррекции удобна тем, что цепочка С ф R ф одновременно выполняет роль развязывающего фильтра, защищающего каскад от паразитной обратной связи через общий источник питания. Как видно из эквивалентной схемы, приведенной в таблице 4.3 (вариант а), эквивалентное сопротивление нагрузки R э образовано параллель­ным соединением внутреннего сопротивления транзистора R i, сопротивления внешней нагрузки R н и выходной цепи, образован­ной резистором R с и цепочкой С ф R ф. Емкость С ф берут такой, чтобы на средних и верхних частотах ее сопротивление было мало по сравнению с сопротивлением R c. При понижении частоты полное сопротивление цепочки С Ф R Ф увеличивается и, следовательно, возрастает и эквивалентное сопротивление нагрузки каскада. Это приводит к увеличению коэффициента усиления каскада в области низких частот: Кu = S п.т R э. Таким образом, будет скомпенсировано снижение усиления на низких частотах из-за влияния емкости конденсатора межкаскад­ной связи. При соответствующем выборе элементов С ф R ф схема низкочастотной коррекции позволяет расширить полосу пропуска­ния каскада в области низких частот от 3 до 5 раз.

Эффективность действия низкочастотной коррекции повышается с уменьшением отношения сопротивлений R c/ R ф а также с увеличением коэффициен­та низкочастотной коррекции К НЧ = С Ф R С/(СR Н). Характеристика с наиболее широкой полосой усиливаемых частот, но без подъема, соответствует при R С/ R Ф = 0,5 коэффициенту К НЧ = 1,4.

Два способа высокочастотной коррекции позволяет реализовать схема, приведенная в таблице 4.3 (вариант б). Первый способ осуществляется включением корректирующей индуктивности L последовательно с резистором R С. Как видно из эквивалентной схемы, эта индуктивность образует с эквивалентной емкостью С 0, нагружающей каскад, параллельный колебательный контур. Ин­дуктивность катушки L выбирается малой, поэтому ее влияние сказывается только в области верхних частот. Вид частотной характеристики зависит от выбора коэффициента высокочастотной коррекции K в.ч = L / C 0 R2 С. Эффективность высокочастотной коррек­ции возрастает с увеличением коэффициента К в.ч. При К в.ч = 0,414 наблюдается подъем в области верхних частот.

а) схема б) АЧХ

Рисунок 4.7 – Усилитель с распределенным усилением

 

Второй способ высокочастотной коррекции реализуется при соответствующем выборе элементов цепи истока: емкости конденсатора Си и сопротивления резистора R и. Включение резистора R и в цепь истока транзистора приводит к возникновению в каскаде последовательной ООС, уменьшающей усиление в широкой полосе частот. Включение конденсатора малой емкости С и параллельно R и приводит к ослаблению глубины ООС лишь на верхних частотах. Это увеличивает усиление каскада на верхних частотах, компенсируя его уменьшение от влияния емкости С 0, нагружаю­щей каскад. Использование высокочастотной коррекции позволяет увеличить площадь усиления каскада от 1,5 до 2 раз.

При необходимости создания мощных усилителей импульсных сигналов применяют специальные технические решения. Парал­лельное соединение усилительных приборов не решает задачи, так как несмотря на рост эквивалентной крутизны наблюдается и соответствующее увеличение эквивалентной емкости С 0, что заставляет снижать RН. Избежать отмеченного недостатка удается в усилителе с распределенным усилением в соответствии с рисунком 4.7, использую­щем режим бегущей волны. В таком усилителе общая крутизна используемых транзисторов равна сумме крутизны отдельных транзисторов: S Э = п·S ПТ.

Емкости в цепях стоков С С и затворов C З образованы междуэлектродными и монтажными емкостями. Суммирования одноименных емкостей не происходит, что достигается включени­ем разделительных индуктивностей L С и L З. По сути, во входной и выходной цепях образуются две искусственные линии бегущей волны, что обеспечивается равенством волнового сопротивления входной линии r З сопротивлению источника сигнала R г, а волнового сопротивления выходной линии r С сопротивлению нагрузки R Н. Для того чтобы не было отражений от концов входной и выходной линий, их нагружают активными резисторами R С = r С, R З = r З.

Индуктивность звеньев линий L С и L З выбирают таким образом, чтобы скорость распространения сигнала в режиме бегущей волны по обеим линиям была одинаковой. Это обеспечивается при L С C С = L З C З. В этих условиях напряжение сигнала, распространяющегося по выходной линии вправо, суммируется с напряжениями сигнала, поступающего от следующих транзисто­ров, и на нагрузке R Н в конце выходной линии создается усиленное напряжение сигнала:

U ВЫХ = nS п.т U вх r с/ 2,

где n – число транзисторов усилителя.

Из-за сложения токов сигнала отдельных транзисторов в нагрузке выделяется требуемая мощность усиливаемого сигнала. В рассмотренном усилителе отношение S п.т/ С 0 и площадь усиления оказываются в n раз больше, чем каждого используемого в усилителе транзистора. Описанное техническое решение позволя­ет создавать импульсные усилители с рабочей полосой частот в сотни мегагерц.

Импульсные усилители с полосой пропускания от единиц до десятков МегаГерц в настоящее время изготавливаются в виде интегральных схем, выполненных по схемам усилителей постоян­ного тока с использованием СВЧ транзисторов, имеющих максимальные отношения крутизны S п.т к междуэлектродным емкостям.

Ограничители амплитуды имульсов:

Рисунок 4.8 – Амплитудная характеристика ограничителя Рисунок 4.9 – Двухсторонний диодный ограничитель

 

Амплитудным ограничителем называют устройство, напря­жение на выходе которого повторяет форму входного на­пряжения, если последнее не выходит за уровни ограниче­ния, и почти не изменяется, если входное напряжение пре­вышает эти уровни. Ограничитель можно представить в виде нелинейного четырехполюсника с амплитудной характеристи­кой в соответствии с рисунком 4.8 (для двустороннего ограни­чения).

Роль нелинейного элемента в ограничителях выполняют диодные и транзисторные ключи на дискретных или на интеграль­ных компонентах (при использовании транзисторных ключей наряду с ограничением можно получить и усиление сигналов). В простейшем случае ключ – это двухполюсник (например, ключ на диоде). В зависимости от способа включения ключа различают последовательную и параллельную схемы ограничителей. Последо­вательная схема работает в режиме ограничения, когда ключ разомкнут, а параллельная – когда ключ замкнут. Уровень и порог ограничения могут быть заданы с помощью дополнительных источников напряжения, включаемых в схему.

Ограничители используют: для формирования импульсов с постоянной амплитудой; выравнивания вершины импульсов, полу­чивших какие-либо искажения при передаче через цепи; получения напряжения, по форме близкого к прямоугольному, из синусоидального напряжения. Ограничители позволяют осуществлять выделение (селекцию) импульсов по амплитуде.

Различают ограничители по максимуму (ограничение сверху), у которых напряжение на выходе u ВЫХ остается практически на постоянном уровне, когда входное напряжение u ВХ превышает некоторое пороговое значение U П1; ограничители по минимуму (ограничение снизу), у которых u ВЫХ остается на постоянном уровне, когда u ВХ принимает значение ниже порогового U П2, и двухсторонние ограничители, у которых выходное напряжение остается на постоянном уровне, если u ВХ выходит за пределы пороговых уровней U П1 и U П2:

U П2 £ u ВХ £ U Пl.

В соответствии с рисунком 4.8 показано двухстороннее ограничение синусоидаль­ного напряжения. Здесь U О1 и U О2 уровни ограничения сверху и снизу.

К основным параметрам ограничителя относятся коэффициен­ты передачи (отношение приращений выходного напряжения к входному) в области ограничения К ОГР и в области пропускания К ПР.

Основными требованиями к ограничителю являются: высокая стабильность положения точек излома его характеристики, высо­кая точность ограничения (т.е. высокое постоянство выходного напряжения в области ограничения), высокая линейность схемы в области пропускания (вне области ограничения).

В соответствии с рисунком 4.9 выполнена схема двустороннего диодного ограни­чителя (параллельного). Двусторонние диодные ограничители получают путем сочетания двух односторонних ограничителей (последовательных или параллельных).

Напряжения источников питания U О1 и U О2 задают уровни ограничения (рисунок 4.8), a R О – резистор, определяющий четкость ограничения (без этого резистора в данном устройстве ограничения не будет, так как даже при открытом диоде все напряжение u ВХ будет передаваться на выход).

Коэффициент передачи в режиме пропускания (при условии, что среднее значение обратного сопротивления диода R ОБР удов­летворяет неравенству R ОБР >> R Н) рассчитывается по формуле К пр = R н/(R н + R 0). В режиме ограничения (когда один из диодов открыт) значение сопротивления диода RПР обычно значительно меньше значения сопротивления резистора RО (RО выбирается из усло­вия: R О >> R ПР), поэтому коэффициент передачи К ОГР = R ПР /(R ПР + R О ).

Если выполняется условие R ПР << R О < < R Н < < R ОБР, то К ПР» 1, К ОГР » 0; уровни ограничения (и пороги ограничения) определяются опорными напряжениями U О1 и U О2.

При положительной полярности входного сигнала и выпол­нения неравенства u ВХ > U О1 диод VD2 закрыт, а диод VD1 отк­рыт. Напряжение на выходе схемы (при выполнении условия R ПР << R О << R Н << R ОБР) u ВЫХ = u a+ U О1, где u а.к – напряжение на открытом диоде VD1, так как обычно u а.к << U О1, то u ВЫХ << U О1 (на рисунке 4.8 интервал времени от t1 до t2). При отрицатель­ной полярности входного сигнала и выполнения неравенства u ВХ < U О2 диод VDl закрыт, поскольку напряжение на его аноде меньше напряжения на катоде. При этом диод VD2 открыт и напряжение на выходе зафиксировано на уровне u ВЫХ = U О2 + u a» U О2 (на рисунке 4.7 интервал времени от t 3 до t 4). При U О2 < u ВЫХ < U О1 закрыты оба диода, и входной сигнал передается на нагрузку R Н.

Усилители-ограничители:

Транзисторный ключ, а также тран­зисторные логические элементы могут использоваться в качестве ограничителей, имеющих два порога ограничения. Первый порог (ограничение снизу) определяется уровнем входного напряжения U вх max, при котором транзистор закрыт, а второй (ограничение сверху) – уровнем U вх min, при котором транзистор открыт. Усили­тель-ограничитель в режиме двустороннего ограничения часто применяется для формирования из синусоидального напряжения импульсов с крутыми фронтами.

Генераторы прямоугольных импульсов:

Для получения импульсов прямоугольной формы применяются устройства, принцип работы которых основан на использовании электронных усилителей с ПОС. К этим устройствам относятся так называемые релаксационные генераторы – мультивибраторы и блокинг-генераторы.

Генераторы релаксационных колебаний используются в качест­ве запускающих и переключающих элементов, для деления частоты, в качестве времязадающих элементов, для получения развертки электронного луча в электронно-лучевых трубках. Эти генераторы могут работать в одном из следующих режимов: ждущем, автоколебательном, синхронизации и деления частоты.

В ждущем режиме генератор имеет состояния устойчивого равновесия и квазиравновесия. Переход из первого состояния во второе происходит под воздействием внешнего запускающего импульса, а обратный переход — самопроизвольно по истечении некоторого времени, определяемого параметрами устройства. Таким образом, в ждущем режиме генерируется один импульс с определенными параметрами при воздействии запускающего им­пульса. Основными требованиями к таким генераторам являются стабильность длительности формируемого импульса и устойчи­вость его исходного состояния.

В режиме автоколебаний у генератора нет состояния устойчи­вого равновесия, имеются два состояния квазиравновесия. Генера­тор переходит из одного состояния квазиравновесия в другое без внешних воздействий, генерируя импульсы, параметры которых зависят от параметров устройства. Основным требованием, предъявляемым к релаксационным генераторам в автоколебательном режиме, является стабильность частоты автоколебаний.

В режиме синхронизации частота повторения импульсов опреде­ляется частотой внешнего синхронизирующего напряжения. Часто­та повторения генерируемых импульсов равна или кратна частоте синхронизирующего напряжения.

Date: 2015-05-09; view: 4053; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию