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 ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5 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
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.
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:
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.к + 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.к » 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.
|