Импульсные усилители

Работа добавлена:






Импульсные усилители на http://mirrorref.ru

Импульсные усилители.

Классическое определение импульсного сигнала: - периодический сигнал, длительность которого на несколько порядков меньше Т повторения.

Импульсным усилителем называется усилитель – усиливающий напряжение по форме отличающееся от гармонического (треугольные импульсы, прямоугольный и трапециидальный меандр).

Нижняя частота усиливаемых колебаний м.б. единиц или десятков герц, а верхняя – несколько мегагерц (100-200МГц). Например усилители в осциллографах для усиления колебаний наносекундной длительности.

Для испытания импульсных усилителей (рис.а) на их вход подаётся прямоугольный импульс достаточно большой длительности τи, имеющий плоскую вершину и крутой фронт. На выходе усилителя наблюдается импульс – рис. б.

     Длительность фронта – характеризуется временем нарастанияtн (амплитуда от 0,1 до 0,9Е0). Время нарастания тем меньше, чем больше верхняя частотаfв).

Выброс на вершине импульса зависит от формы АЧХ усилителя в области верхних частот. Он тем больше, чем резче изменяется характеристика. Выброс оценивается в процентах

Длительность переходного процесса характеризуется временем установленияtуст(в течение которого выходное напряжение изменяется от первого пересечения уровня 0,1 до последнего пересечения с уровнем 0,9.

Вершина импульса может иметь различную форму, зависящую от АЧХ усилителя в области нижних частот. (fн отfвотличается на несколько порядков).

Время нарастания фронта.

При рассмотрении частотных  характеристик резисторных усилителей на транзисторах было показано, что эквивалентная схема усилителя в области верхних частот сводится к интегрирующей цепи, и ее переходная характеристика может быть представлена выражением: T=RC

Знаяh(t) , можно определить время нарастания:

t1=>h(t1)=0,1

t2=>h(t2)=0,9

tнар=t2-t1=2,2RC

Принципы построения схем импульсных усилителей.

Основное требование, предъявляемое к ИУ – равномерность усиления в широкой полосе частот. Ламповые схемы имеют преимущества в широкополосности перед транзисторными.

Для усиления импульсивных сигналов применяются все 3 схемы включения транзисторов. Выбор той или иной схемы включения определяется конкретным требованием к каскаду усиления.

Многокаскадный усилитель по схемеc ОБ применяется редко, поскольку они требуют согласования высокого выходного сопротивления с низким входным. В этих схемах непосредственная связь между каскадами является неприемлемой, так как за счет межкаскадного рассогласования усиление существенно падает.

При использовании эмиттерного повторителя в качестве согласующего каскада можно получить сравнительно большее сопротивление. Однако такой усложненный каскад теряет преимущества широкополосности по сравнению со схемой с ОЭ. Отличительная  особенность такой схемы: высокое входное и высокое выходное сопротивление

Для согласования каскада с ОБ можно использовать трансформатор. Недостаток: ограничение  полосы пропускания в области нижних  частот (такой усилитель может использоваться в качестве дифференцирующего).

Каскады на полевых транзисторах

Уступают биполярным по широкополосности и по усилению мощных сигналов, но используется входное сопротивление, порядка 108 , 109  Ом, а также малый уровень собственных шумов, поэтому они нашли широкое применение в усилителях слабых сигналов.

Частотная коррекция резисторного усиления в области верхних частот.

При усилении импульсов резисторным усилителем для уменьшения шунтирующего влияния входной и выходной емкостей приходится значительно уменьшать сопротивление нагрузки в выходной цепи электронного прибора. Сопротивление нагрузкиR  при   этом оказывается меньше внутреннего сопротивления электронного прибора. Таким образом полосу расширяют, уменьшая сопротивление нагрузки, что ведет к уменьшению усиления в области средних частот. В области средних частот коэффициент усиления:KСР= -SR

В области верхних усиливаемых частотKВ= -SZ (Z – полное сопротивление нагрузки, состоящей изR и шунтирующей ёмкости).

Для уменьшения шунтирующего влияния емкости С включают корректирующую индуктивность. В основном используются 2 способа включения: параллельная – (простая) коррекция и последовательная – (сложная) коррекция.

Параллельная (простая) коррекция.

Эквивалентная схема усиления с параллельной коррекцией напряжения:

UВЫХ= -SUВХZ ,

где

Коэффициент усиления:

Коэффициент усиления в области средних частот:

KСР= -SR

Относительный коэффициент усиления:

(1)

Введены обозначения: (2)

гдеf2 -  верхняя граничная частота некорректированного усилителя:

,     где (3) – коэффициент коррекции, равный отношению  индуктивного сопротивления наf2 к активному сопротивлению.

Подставляя (2), (3) в (1) получаем:

(4)

Модуль этого выражения даст АЧХ корректированного усилителя:

Для того, чтобы АЧХ имела максимально плоскую вершину, первая производная должна быть равна 0

k=0,41 – коэффициент коррекции, соответствующий наиболее широкой полосе пропускания без выброса на вершине .

Фазовая характеристикаφ=arctg[(k-1)x-k2x2]

ФЧХ максимально линейна, если:

Усилитель является неискажающим, если его коэффициент передачи постоянный и ФЧХ линейна для всей области усиливаемых частот и проходит через начало координат.

В реальных усилителях даже при максимально  плоской АЧХ усиления в пределах полосы пропускания не является постоянным.

Условия максимальной равномерности АЧХ  (R=0,41) и максимальной линейности ФЧХ (R=0,32) не совпадают. Следовательно, реальный импульсный усилитель всегда искажает прямоугольный импульсный сигнал с широким частотным спектром.Высокочастотная коррекция не устраняет искажения формы усиливаемого импульса, а лишь позволяет уменьшить время нарастания его фронта.

При проектировании импульсных усилителей допускается выбросS=0,01(1%). Исходя из этого чаще берутR=0,35. При этом полоса расширяется  в 1,6 раза по сравнению с полосой пропускания некорректированного усилителя.

Последовательная сложная коррекция.

Схема усиления с такой коррекцией изображена  на рисунке.

7

Уменьшение коэффициента усиления в области верхних частот компенсируется (выравнивается) введением корректирующейL. Образуется  параллельный колебательный контур, резонансная частота которого должна быть больше верхней граничной частоты некорректированного усилителя. Этот способ позволит уменьшить время нарастания на 10-50% по отношению ко времени нарастания при простой коррекции.

Коррекция в цели эмиттера.

Можно включить в эмиттерную цель корректирующуюRC цель.

На низких частотах сопротивление конденсатора в 1000 пФ больше шунтируемого им резистора в 91 Ом, т.е. сопротивление в цели эмиттера увеличивается и пропорционально этому увеличению уменьшается коэффициент усиления усилителя.

С ростом частоты все большая часть эмиттерного тока будет ответвляться в СЭ=1000 пФ, что вызовет уменьшение эквивалентного сопротивления эл. цепи эмиттера, а, следовательно, увеличения коэффициента усиления, т. о. при этом способе коррекции происходит выравнивание АЧХ усилителя, площадь усиления остается неизменной в отличие от предыдущего способа, гдеS усиления увеличивается.

Частотная коррекция ИУ в области низких частот.

Схема коррекции осуществляется включением точкиRФСФ последовательно, с сопротивлением нагрузкиR. Добавление к сопротивлениюR сопротивления цепиRФСФ увеличивает общее сопротивление нагрузки при уменьшении коэффициента передачи цепи СРАЗДRН в области нижних частот.

Найдем условие коррекции. ПриRСФ=RНСРАЗДтокI делится на токиI1 иI2 т.о., что составляющие всех частот делятся в одном и том же отношении и следовательно напряжение на нагрузке остается постоянным. Это условие низкочастотной коррекции. Это условие справедливо только для начала импульса.

Импульсные усилители на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Усилители постоянного тока. Балансные усилители

2. Усилители мощности. Особенности УМ. Однотактные и двухтактные усилители мощности. Энергетические соотношения УМ

3. Широкополосные и избирательные усилители. Широкополосныеи избирательные усилители

4. Импульсные модуляторы

5. ИМПУЛЬСНЫЕ УСТРОЙСТВА

6. Уравнения ВАХ биполярных транзисторов, эквивалентные схемы. Частотные и импульсные свойства транзисторов

7. УСИЛИТЕЛИ

8. Операционные усилители

9. Усилители мощности

10. Широкополосные и избирательные усилители

5 stars - based on 250 reviews 5