Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
отклонения в осциллографе, который в общем случае должен иметь плоскую
частотную характеристику от постоянного тока до 100 МГц. Другим примером
является видеоусилитель, через который проходят сигналы телевизионного
изображения и который должен иметь ширину полосы 6 МГц. В такого рода
приложениях необходимо в каждом каскаде включить в цепь коллектора или
стока резистивную нагрузку, и при этом возникают проблемы, связанные с
паразитной емкостью (рис. 7.18), причем это происходит даже в том случае,
когда в полной мере применены упомянутые выше приемы, позволяющие
избежать эффекта Миллера. Паразитная выходная емкость С в комбинации с RL
будет вызывать значительное ослабление сигнала за счет уменьшения
эффективного сопротивления нагрузки (здесь уместно отметить, что емкость
10 пФ на частоте 10 МГц имеет реактивное сопротивление лишь 1600 Ом).
Один из способов получения плоской частотной характеристики на высоких
частотах состоит просто в том, что используется нагрузка с малым
сопротивлением, а именно, с сопротивлением порядка 100 Ом вместо 10 кОм,
но при этом в обмен на ширину полосы мы проиграем в усилении на низких
частотах.
Альтернативой является включение последовательно с RL небольшой
индуктивности (рис. 7.19); в этом случае допускаются большие
сопротивления нагрузки без чрезмерных потерь на высоких частотах. По мере
увеличе-
Широкополосные высокочастотные усилители 167
Рис. 7.18. Учет паразитной емкости на выходе широкополосного усилителя.
Рис. 7.19. Усилитель с индуктивностью параллельной коррекции, позволяющей
расширить частотную характеристику в области высоких частот.
ния частоты реактивное сопротивление емкости С падает, но это
компенсируется ростом реактивного сопротивления индуктивности L до тех
пор, пока эти два реактивных сопротивления не станут равными и наступит
резонанс. В хорошо рассчитанной схеме этот резонанс, несмотря на сильное
затухание за счет RL , позволяет поддержать усиление на высоких частотах
вблизи границы полосы пропускания. Поскольку индуктивность оказывается
включенной, по существу, параллельно паразитной емкости, этот прием
называют параллельной коррекцией в области высоких частот.
Типичные частотные характеристики схемы с параллельной высокочастотной
коррекцией и без нее показаны на рис. 7.20. Обычно подходящие
168 Усиление на высоких частотах
значения L лежат в диапазоне от микрогенри до миллигенри в зависимости от
значения RL , требуемой ширины полосы и величины паразитной емкости.
Окончательный выбор значения L часто производят экспериментально.
Частота (МГц)
Рис. 7.20. Типичная частотная характеристика видеоусилителя: (а) без
параллельной высокочастотной коррекции, (Ь) с коррекцией.
7.7 Амплитудная и фазовая частотные
характеристики фильтра нижних частот
На рис. 7.21 приведена основная схема, состоящая из сопротивления и
емкости, которая, как мы видели, несет ответственность в усилителях за
снижение усиления на высоких частотах. Поскольку нижние частоты проходят,
а верхние частоты ослабляются, такое устройство называют фильтром нижних
частот. Так как схема содержит лишь одну ЛС-цепь, она называется фильтром
нижних частот первого порядка . Коэффициент "усиления" напряжения в этой
схеме (коэффициент передачи - Прим. перев.), конечно, меньше единицы и
равен
А =
где 1/ jcoC частота.
r out
К"
1/jcoC
1
-_7________<_______________ (7-6)
(1/ jcoC) + R 1 + jeoCR '
это реактивное сопротивление емкости С , со = 2xf , а /
R
-WW-
Рис. 7.21. Одиночный ЛС-фильтр нижних частот.
Амплитудная и фазовая частотные характеристики фильтра нижних частот 169
Сравнивая входной и выходной сигналы по величине, и не учитывая сдвиг
фаз, получим, что коэффициент передачи по модулю равен
-1------ (7.7)
н=
v-m
+ co2C2R2
При со С R =1 имеем:
\v |=Ы;
1 out| 42
это частота половинной мощности, или точка с коэффициентом передачи -3
дБ. Пусть частота половинной мощности равна/j; тогда
4л2f2C2R2 =1
CR = -. (7-8)
2л/-,
Подставляя это значение CR в исходное соотношение, получаем:
Л _ Kout _ 1 - 1 (7.9)
Vm \ + j{2nfl2nfx) W(///i)'
Отсюда следует, что амплитудно-частотная характеристика имеет вид:
и=
у
r out
1
- (7.10)
Vi+(/2//.2)
Именно последнее выражение и придает графику частотной характеристики
усилителя его привычную форму: горизонтальная часть, за которой следует
монотонное снижение. Если / " /1; то А * 1 ¦ Если/ "ft , то коэффициент
передачи обратно пропорционален частоте: А * /j //. Поэтому каждый раз,
как частота удваивается (увеличивается на октаву), коэффициент передачи
напряжения уменьшается вдвое (падает на 6 дБ). Когда частота
увеличивается в десять раз, коэффициент передачи падает на 20 дБ. Таким
образом, мы установили, что график частотной характеристики данной RC -
цепи первого порядка на высоких частотах асимптотически является прямой
(в логарифмическом масштабе - Прим. перев.) с наклоном -6 дБ/ октаву или
-20 дБ/декаду. В этом случае говорят, что частотная характеристика имеет
