Коррекция АЧХ усилителей переменного напряжения

Для увеличения верхней граничной частоты необходимо уменьшать значения С и R (рисунок 2.1). Однако возможности для уменьшения емкости С ограниченные, а уменьшение эквивалентного сопротивления R сопровождается снижением коэффициента усиления.

Эффективность каскада резисторного усилителя принято оценивать его добротностью, или площадью усиления, определяемой выражением

П = Кср*Fв (2.1)

где K_ср - коэффициент усиления транзистора по напряжению в области средних частот;

Fв–верхняя граничная частота.

Выражение (2.1) показывает, что произведение верхней граничной частоты на коэффициент усиления усилителя в области средних частот есть величина постоянная. Следовательно, в рассмотренных усилителях переменного напряжения увеличение f_в неизбежно сопровождается уменьшением K_ср.

Для увеличения f_в при неизменном значении K_ср необходимо увеличивать площадь усиления усилителя, т.е. площадь, заключенную под АЧХ в полосе пропускания. Это достигается применением активного элемента с большей крутизной или введением в усилитель высокочастотной коррекции АЧХ. Элементы, которые ее обеспечивают, называются элементами высокочастотной коррекции.

Наиболее распространенным видом высокочастотной коррекции является включение в цепь стока или коллектора транзистора дросселя с индуктивностью L (рисунок 2.1, а). Эквивалентная схема усилителя для области верхних частот приведена на рисунке 2.1, б. Согласно этой схеме, индуктивность L с емкостью C образуют параллельный колебательный контур. На резонансной частоте эквивалентное сопротивление контура R_экв будет больше, чем сопротивление резистора R_c, вследствие чего увеличивается сопротивление нагрузки по переменному току и коэффициент усиления.

Механизм высокочастотной коррекции:

Если f↑ → X_L(2πfL) ↑ → Żc ↑ → Uвых ↑ → K(Uвых/Uвх) ↑→ М ↓

Рисунок 2.1 – Принципиальная (а)и эквивалентная (б) схемы усилителя

с индуктивной высокочастотной коррекцией

Если резонансную частоту контура выбрать в области верхних частот, то из-за увеличения коэффициента усиления произойдет подъем АЧХ в этой области частот (кривая б на рисунке 2.2.) и увеличение f_в до значения f_вкор. При оптимальной высокочастотной индуктивной коррекции увеличение f_вкор по сравнению f_в может достигнуть 1,7 раза.

Рисунок 2.2. – Вид АЧХ усилителя с коррекцией в области верхнихчастот

низкочастотная коррекция АЧХ, которая заключается в увеличении коэффициента усиления в области нижних частот осуществляется с помощью RС-фильтра, включаемого в цепь стока (элементы R_ф и С_ф на рисунке 2.3.).

Рисунок 2.3. – Схема усилителя на полевом транзисторе с низкочастотной коррекцией АЧХ

Емкость конденсатора С_ф выбирают таким образом, чтобы он оказывал малое сопротивление переменному току на средних и верхних частотах. Усилительный каскад можно представить в виде эквивалентной схемы, показанной на рисунке 2.1, а. Уменьшение частоты приводит к увеличению нагрузки по переменному току, что сопровождается увеличением коэффициента усиления и подъемом АЧХ в области нижних частот. Частота f_н при этом уменьшается до значения f_{н. кор} (рисунок 2.4, б).

Рисунок 2.4. – Эквивалентная схема (а) и АЧХ (б) усилителя:

1 – без коррекции; 2 – с низкочастотной коррекцией

Механизм низкочастотной коррекции:

Если f↓ → X_с(1/2πfСф) ↑ → Żф ↑ → Zн↑→Uвых (Iвых*Zн) ↑ → K(Uвых/Uвх) ↑→ М ↓

Кроме осуществления низкочастотной коррекции, RС-фильтр выполняет и роль развязывающего фильтра, уменьшающего связь между каскадами по переменному току через общий источник питания.

Исходные данные

Выберем напряжение источника питания:

Ес

Если значение получилось дробным ,то округлите его до целого числа в большую сторону .

Привидите стоковые характеристики заданного транзистора, укажите на них рабочую точку по заданным .

Выпишите данные режима работы транзистора - укажите значСопротивление  ,на котором выделяется напряжение автоматического сещения, подавемое на затвор

 = =500 Ом

Сопротивление нагрузки усилительного элемента в цепи стока

= =0,28

Сопротивление развязывающего фильтра

= , где ,1 =0,14 Ом

Емкость разделительного конденсатора

=  

Где

- нижняя частота рабочего диапазона

-сопротивление на которое нагружен каскад

-1Мом

Емкость блокировочного конденстатора не должна ностить заметных искажений в областях нижних частот.Для этого её сопротивление должно быть много меньше .

=  

Емкость  выбирается из тех соображений и её можно принять равной .

Рассчитав сопротивление резисторов , емкости конденсаторов ,не забудьте выбрать их стандартные значения. Значения , выбирайте по шкале номиналов для электролитических конденсаторов, округляя значение в большую сторону.

Сопротивление затвора обычно выбирают порядка сотен кОм(300…500) и проверяют падение напряжения на этом сопротивлении по формуле :

U = * , где

 обратный ток упраляющего p-n перехода; справочный параметр транзистора = А

U - должно быть по крайней мере на два порядка(в сотни раз) меньше .

3.2 Схема широкополосного усилителя на полевом транзисторе

Рисунок 2.1 Схема ШУ на ПТ.

Схема представляет собой резистивный каскад на ПТ, собранный по схеме с общим истоком (ОИ). Полевой транзистор с управляющим P-N переходом и с каналом типа N.

Назначение элементов схемы:

Ес – источник питания и смещения.

VT – усилительный элемент для усиления мощности сигнала.

Rф Cф – развязывающий фильтр, устраняющий паразитную межкаскадную обратную связь через общий источник питания.

Ср1 Ср2 – разделительные конденсаторы, не пропускают на вход каскада постоянную составляющую и элементы межкаскадной связи.

Си – блокировочный конденсатор, устраняющий отрицательную обратную связь по переменному току.

Rн' – нагрузка усилительного элемента, на этом резисторе выделяется усиленный сигнал и через него подается питание на сток.

Rн'' – нагрузка каскада.

Rз – резистор в цепи затвора, через него подается напряжение Uзи на затвор транзистора.

Rи – 1) элемент последовательной отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току; с помощью ООС стабилизируется режим работы полевого транзистора; 2) выделяет напряжение автоматического смещения, подаваемое на затвор Uзи.