Дополнительный материал к лекции 11 для самостоятельной работы

Схема коррекции с обратной связью

Специальные схематические решения

К специальным схематическим решениям относятся схемы коррекции без обратной связи.

Одной из наиболее простых схем высокочастотной коррекции для широкополосных резисторных каскадов, позволяющей расши­рить полосу пропускания каскада или получить подъём частотной характеристики в области верхних частот, является схема параллель­ной высокочастотной коррекции индуктивностью. На рисунке 1.73,а приведена схема транзисторного каскада с такой коррекцией; она осу­ществляется введением индуктивности L последовательно с резисто­ром нагрузки R_k выходной цепи усилительного элемента. Как видно из эквивалентной схемы каскада для верхних частот (рисунок 1.73,б) корректирующая индуктивность L образует параллельный резонанс­ный контур с ёмкостью Со, нагружающий каскад.

В результате полное сопротивление нагрузки выходной цепи уси­лительного

элемента в области верхних частот возрастает, а следова­тельно, расширяется полоса пропускания каскада и улучшается его частотная характеристика (рисунок 1.73,в), а также уменьшается вре­мя установления импульсных сигналов.

Индуктивность L здесь берут настолько малой, что её влияние сказывается только в области верхних частот. На нижних и средних частотах рассматриваемая схема обладает такими же свойствами, как обычный резисторный каскад.

а - транзисторный каскад;

б - эквивалентная схема;

в – амплитудно – частотная характеристика

Рисунок 1.73 - Параллельная высокочастотная коррекция индуктивностью

Параллельная коррекция индуктивностью хорошо действуют только при

R_г ≥ R₃ ≤ R_h; эти условия обеспечиваются в резисторных каскадах с транзисторами, работающими на высокоомную нагрузку, например на модулятор кинескопа, отклоняющие пластины электронно - лучевой трубки, вход полевого транзистора и т.д. Она не действует в повторителях из-за малого выходного сопротивления, а также в кас­кадах с низкоомной внешней нагрузкой.

Параллельная высокочастотная коррекция индуктивностью нес­ложна по схеме, занимает мало места, дешева, легко настраивать, на­дёжна в работе и увеличивает площадь усиления каскад более чем в 1,7раза;вследствие указанных достоинств она широко используется в усилителях с дискретными компонентами.

Простой схемой низкочастотной коррекции является включение цепочки С_фR_ф в выходную цепь усилительного элемента (рисунок 1.74,а). Такая схема коррекции удобна тем, что цепочка С_фR_ф однов­ременно действует как развязывающий фильтр, защищающий каскад от паразитной обратной связи через источник электропитания, а также как фильтр, сглаживающий пульсации напряжения электропитания.

Рассмотрим принцип действия такой схемы коррекции с помо­щью эквивалентной схемы (рисунок 1.74,б) Ёмкость конденсатора С_ф берут такой, чтобы на средних, а тем более на верхних частотах сопротивление конденсатора было ничтожно по сравнению с сопротивлением нагрузки выходной цепи усилительного элемента, величина кото­рого и определяет усиление каскад на этих частотах. При понижении частоты сигнала сопротивление цепочки С_ф сопротивление нагрузки выходной цепи усилительного элемента, а с ним и напряжение сигнала U будет увеличиваться, в результате чего коэффициент усиления каскада в области низших частот возрастет. Та­ким образом, будет компенсировано снижение усиления на низших частотах из-за влияния конденсатора межкаскадной связи С и блоки­ровочных конденсаторов цепей стабилизации и смещения.

а- принципиальная схема каскад;

б- эквивалентная схема;

в- амлитудно-частотная характеристика

Рисунок 1.74 - Низкочастотная коррекция цепочкой С_фR_ф

При правильном выборе R_ф и С_ф схема низкочастотной коррек­ции позволяет уменьшить нижнюю рабочую частоту резисторного каскада в 5...10 раз. Такая схема коррекции особенно хорошо действует при усили­тельных элементах с высоким выходным и входным сопротивлениями, например в резисторных каскадах предварительного усиления с поле­выми транзисторами, работа на модулятор кинескопа, отклоняющие пластины осциллографической трубки и т.д.

Из -за большого разброса параметров биполярных транзисторов и сильно изменения их при колебаниях температуры, напряжения электро­питания, старения и замене изменения коэффициента усиления и характеристик каскадов предварительного усиления поэтому в широ­кополосных каскадах используют схемы

коррекции, вводящие в каскад глубокую отрицательную обратную связь. Рассмотрим наиболее широко применяемые схемы этого типа и их основные свойства.

а) Низкочастотная коррекция. Схема низкочастотной коррекции комплексной обратной связи в резисторном каскаде изображена на рисунке 1.75. Включенная меж­ду коллектором и базой последовательная цепочка R_cC_c здесь созда­ет параллельную отрицательную обратную связь по напряжению, уменьшающую усиление каскада и улучшает стабилизирующие его свойства и характеристики. Сопротивление R_e берут таким, чтобы получить нужную глубину обратной связи, а ёмкость С_с должна быть настолько велика, чтобы её сопротивление на верхних и средних часто­тах было мало по сравнению с R_с. Тогда на этих частотах сопротивле­ние цепочки C_cR_c будет практически постоянно и равно R_e, следова­тельно, постоянна и глубина обратной связи

Рисунок 1.75 - Схема принципиальная низкочастотной коррекции

При понижении частоты возрастающее сопротивление ёмкости С_с увеличивает сопротивление цепочки С_сR_с и глубина обратной связи уменьшается, что приводит к повышению коэффициента усиления схемы с уменьшением частоты. Изменение ёмкости С_с позволяет получать частотную и переходную характеристики, как без подъёма, так и с подъёмом нужной величины. Следует заметить, что вводимая цепоч­кой C_cR_c обратная связь улучшает характеристики и в области верх­них частот. коррекцией, для чего в цепочку обрат­ной связи C_cR_c добавляют дроссель высокочастотной коррекции L_c, показанный на рисунке 1.75.

б) Высокочастотная коррекция.

В широкополосных каскадах, работающих на следующий каскад с биполярным транзистором, очень хорошие результаты дает схема эмиттерной высокочастотной коррекции (рисунок 1.76,а), в которой следу­ющего каскада. Здесь R_эк создает последовательную отрицательную обратную связь по току, уменьшающую усиление каскада во всей полосе частот и улучшает

стабилизирующую его свойства. Присоединяемый параллельно R_эк конденсатор С_эк очень малой ёмкости ослабляет обратную связь лишь на верхних частотах, что увеличива­ет усиление каскада при повышении частоты, компенсируя его паде­ние от влияния нагружающей каскад ёмкости С_о. Изменяя С_эк мож­но получить частотную характеристику на верхних частотах как без подъёма, так и с подъёмом (рисунок 1.76), а переходную

характерис­тику в области малых времен без выброса или с выбросом.

Рисунок 1.76- Эмиттерная высокочастотная коррекция

Частотная характеристика без подъёма с наиболее широкой полосой пропускания (наилучшая характеристика) получается при
определённом соотношении постоянных времени цепочки эмиттерной стабилизации С_экR_эк и входной цепи транзистора С_бэR_экв;
выйграшь в площади усиления при такой характеристики схема дает
около 1,5 раза, т.е. почти столько же, сколько дает параллельная коррекция индуктивности. Критический выброс у схемы эмиттерной
высокочастотной коррекции, как и у схемы параллельной коррек­ции, близок к 1%.

Отрицательная обратная связь, действующая в каскаде с эмиттерной коррекцией, снижает нелинейные искажения и помехи, уменьша­ет изменение коэффициента усиления каскада и его характеристик при замене транзисторов, их старении и изменении температуры, повы­шая надёжность устройства; она также позволяет сильно уменьшить ёмкость конденсаторов С_р и С_{э сл}.

Истоковая высокочастотная коррекция, она же эмиттерная высокочастотная коррекция, практически применяется редко, так как лучшие результаты дает применение коррекции индуктивностью.