8.1. Индуктивная вч коррекция

На рис.8.1 представлена схема ВЧ коррекции с добавочной

индуктивностью в каскаде на полевом транзисторе

Коррекция осуществляется с помощью катушки индуктивности

включенной последовательно с резистором R_С. Принцип действия основан на увеличении сопротивления цепи стока в области ВЧ: в области ВЧ сопротивление цепи стока определяется согласно (8.3), в областях НЧ и СЧ согласно (8.4).

Z С RС	j Lкорр.	(8.3)
Z С	RС .	(8.4)

86

Eпит

L

Ср

Ср

Rс

Uвх

Rз

Rи Си

Rн

Рис.8.1. Принципиальная схема каскада ОИ с индуктивной ВЧ коррекцией

Индуктивная ВЧ коррекция эффективна только при работе на высокоомную нагрузку, то есть нагрузка усилителя или входное сопротивление следующего каскада высокоомные: R_Н R_С или R_Вх R_С . В случае низкоомной нагрузки или низкоомного входного сопротивления следующего каскада, сопротивление нагрузки каскада зашунтирует сопротивление цепи стока Z _С R_С j L_корр. Поэтому, такую схему коррекции можно применять или в оконечном каскаде с высокоомной нагрузкой, например, когда нагрузкой является кинескоп или осциллографическая трубка, или в том случае, когда входное сопротивление следующего каскада велико, например следующий каскад собран на полевом транзисторе.

Для получения эквивалентной схемы используем допущения, которые применялись при анализе работы каскада в области ВЧ.

					С
S UВх		Yi						Lкорр
						C0				YН
								YС

И

Рис.8.2. Эквивалентная схема каскада с индуктивной ВЧ коррекцией

Эквивалентную схему (рис.8.2) можно упростить, полагая что нагрузка

является высокоомной (рис.8.3).

87

j L_корр

				С
S UВх								Lкорр
					C0
								YС

И

Рис.8.3. Эквивалентная схема каскада с индуктивной ВЧ коррекцией при высокоомной

нагрузке

Уменьшение спада частотной характеристики в области верхних частот при включении корректирующей индуктивности L_корр объясняется тем, что транзистор оказывается нагруженным на параллельный колебательный контур,

состоящий из L_корр и С₀ С _Вых С_Вх С_М . Если резонансная частота этого контура соответствует верхней частоте рабочего спектра частот входного сигнала, то его сопротивление в ВЧ области будет больше сопротивления цепи стока R_С на средней частоте. Следовательно, в ВЧ области коэффициент усиления увеличивается и АЧХ выпрямляется. В областях НЧ и СЧ

сопротивление катушки индуктивности пренебрежимо мало, в

сравнении с сопротивлением стока R_С и не оказывает влияния на работу схемы.

Определим с использованием метода Брауде оптимальное значение корректирующей индуктивности L_корр . Передаточная функция каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией для области верхних частот будет иметь вид:

KВЧ корр( )

S

j C0

1

R j L

C

корр

S RC j Lкорр

.

(8.5)

j C

0

R

2

C L

1

C

0

корр

j Lкорр

S RC 1

RC

R

1 2 C L j C

0

0

корр

C

88

Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте определяется выражением:

K

ВЧ корр( )

1

j Lкорр

MВЧ корр( )

Rс

,

(8.6)

K

( )

1

2 C L

j C R

0

0 корр

0 С

где K₀ – номинальный коэффициент усиления, который при высокоомной нагрузке и большом входном сопротивлении ПТ можно считать по

приближенной формулеK 0			S RC .
Модуль коэффициента частотных искажений определяется выражением:
							2	L		2
						1			корр
									R2					(8.7)
	MВЧ корр( )								С						.
					(1	2C L			)2	2		C	2	R2
						0 корр							0	С

В числителе выражения (8.7) находится полином второй степени m 2, в

знаменателе – четвертой степени n 4, следовательно n m, с увеличением

частоты усиление падает до нуля K⁰ 0. Элементы R^с и C⁰ известны из

расчета исходного каскада. Необходимо определить величину корректирующей индуктивности L_корр .

По методу Брауде условием оптимальности будет равенство коэффициентов при одинаковых степенях частоты в числителе и знаменателе выражения – для записанного коэффициента частотных искажений при членах

2

:

L	2
корр		C 2	R 2	2 C L .	(8.8)
R2
	0		С	0 корр
С

Следовательно, уравнение для нахождения величины корректирующей индуктивности будет иметь вид:

Lкорр	2 2 C0 RС2 Lкорр C02 RС4			0.				(8.9)
Корнями этого квадратного уравнения являются:
					1		.
Lкорр1,2 C0 RС2 C02 RС4 C02 RС4 C0				RС2				(8.10)
						2

89

Из условия физической реализуемой индуктивности (L_корр 0) получаем выражение для оптимального значения индуктивности L_opt :

Lopt 0,414 C0 RС2 .

(8.11)

На рис.8.4 представлены АЧХ и ПХ при различных значениях корректирующей индуктивности L_корр .

K( )

3

2

1

Uвых (t)	3
	2
	1
	t

Рис.8.4. АЧХ и ПХ каскада с индуктивной ВЧ коррекцией при различных значениях корректирующей индуктивности: 1 – без коррекции L_корр L_opt , 2 – оптимальная

коррекция L_корр L_opt , 3 – перекоррекция L_корр L_opt

Из представленных на рис.8.4 графиков видно, что при введении ВЧ коррекции увеличивается верхняя граничная частота и уменьшается время нарастания фронта. При перекоррекции (вариант 3 на рис.8.4) имеем сокращенный фронт импульса, но появляется возбуждение колебаний, то есть искажается форма сигнала. Использование перекоррекции возможно в отдельных каскадах многокаскадного усилителя для получения равномерной АЧХ всего усилителя, при отсутствии коррекции в остальных каскадах.

Теоретически верхнюю граничную частоту можно поднять на 82%. Дальнейшее увеличение ограничено членом второй степени в знаменателе (8.5), который будет давать спад АЧХ.

К преимуществу индуктивной ВЧ коррекции следует отнести увеличение площади усиления – K _{0 с ВЧ корр} K_{0 без ВЧ корр} (при оптимальной коррекции площадь усиления увеличивается в 1,72 раза):

90

• недостаткам индуктивной ВЧ коррекции следует отнести:

0. коррекция эффективна только при работе на высокоомную нагрузку, т.е. должно выполняться неравенство R_Н R_С;

0. из-за отсутствия широкого ряда серийно выпускаемых индуктивностей очень сложно получить в реальной схеме точное значение L_opt ;

0. индуктивность является источником электромагнитного излучения, что требует использования экранировки, следовательно, использование индуктивной ВЧ коррекции ведет к увеличению веса, габаритов и стоимости усилителя;

0. индуктивную ВЧ коррекцию сложно реализовать в микро исполнении (непригодна для интегральных схем).

Каскады с индуктивной ВЧ коррекцией используются в усилителях для

электронно-лучевых трубок (там очень большое сопротивление нагрузки), а

также в дешевой радиоаппаратуре.

Особенности расчёта схемы индуктивной ВЧ коррекции в каскаде на

биполярном транзисторе (рис.8.5)

EП

Lк

R1

Rк

Cр

Cр

VT1

~

Rэ

Cэ

Rc

R2

Rн

Cн

Рис.8.5. Принципиальная схема каскада ОЭ с индуктивной ВЧ коррекцией

Индуктивность L в этой схеме выполняет здесь ту же роль, что и в каскаде с полевым транзистором, – увеличивает сопротивление коллекторной цепи в области верхних частот и этим поднимает усиление каскада на ВЧ. В каскаде с

91

биполярным транзистором основной причиной снижения усиления на ВЧ является уменьшение крутизны характеристики транзистора.

В качестве нагрузки может быть и последующий каскад. При анализе схемы будем полагать, что модуль сопротивления нагрузки больше, чем сопротивление в коллекторной цепи: Z _Н R_K . Только в этом случае схема индуктивной ВЧ коррекции будет работать эффективно (в противном случае сопротивление нагрузки будет шунтировать сопротивление коллекторной цепи и увеличение усиления на ВЧ будет незначительным).

Эквивалентная схема каскада с индуктивной ВЧ коррекцией для каскада на БТ имеет такой же вид, как и для каскада на ПТ (рис.8.3).

Выражение для модуля частотных искажений для такой схемы:

Mв

1 m

в

2

,

(8.12)

1 1 2 m x в

2

m x

2

в

4

Lкорр

к

C R

где m

,

x

0

к

,

к

–

постоянная времени

коллекторной

RК

в

1

цепи.

Условие физической реализуемости выполняется, поскольку показатель степени в знаменателе больше, чем в числителе, следовательно, схема не возбуждается. Приравнивая коэффициенты при одинаковых степенях частоты

в выражении для модуля частотных искажений M_в (8.12) получаем выражение для m:

	m 2 1 2 m x.		(8.13)
Из выражения (8.13) можно получить выражение для оптимального
значений m и корректирующей индуктивности Lopt :
mopt 1 x 2 x Lopt mopt RК.			(8.14)

Таким образом,L_opt f R_К , то есть сопротивление коллектора влияет на величину оптимального значения корректирующей индуктивности.

92