Усиливаемых импульсов

Промышленность выпускает аналоговые интегральные микросхемы (АИС) самого разнообразного функционального назначения. К АИС относят дифференциальные, операционные, широкополосные и узкополосные усилители, усилители низкой и промежуточной частот, компараторы, аналоговые перемножители, специальные схемы для радио и телевизионных приемников и для магнитофонов, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, аналоговые коммутаторы и ключи, стабилизаторы напряжения, генераторы сигналов специальной формы, а также ряд других ИС, выполняющих специальные функции обработки аналоговых сигналов.

Усилители. Усилители, применяемые в вольтметрах, оказывают существенное влияние на метрологические характеристики вольтметра (чувствительность, диапазон частот измеряемых напряжений и, в значительной мере,

В вольтметрах используют электронные усилители постоянного и переменного напряжения, которые отличаются друг от друга зависимостью коэффициента усиления усилителя от частоты, т.е. /С=ф(/)*, называемой амплитудно-частотной характеристикой усилителя (АЧХ).

ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Классификация усилителей. В схемах промышленной электроники часто встречаются электрические сигналы малой мощности. Для их усиления используют специальные устройства — усилители. Усилители широко применяют в радио- и проводной связи, радиовещании, телевидении, радиолокации, системах электрической записи и воспроизведения информации. Не менее широкое применение находят усилители в системах автоматики, авторегулирования, вычислительной техники^ телемеханики и телеметрии. Без усилителей не обходятся также электронные устройства, используемые в измерительной технике и в других областях науки и техники (физике, биологии, медицине, астрономии и т. д.).

§ 10.9. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Усилители, у которых коэффициент усиления на небольшом интервале частот становится заметно выше, чем на остальных частотах, называются избирательными. Частотная характеристика избирательного усилителя имеет вид 10.26. Частота соо = 2л:/о, соответствующая максимальному усилителю избирательного усилителя, называется частотой настройки, или резонансной частотой.

Избирательные усилители полосными. Повышение э лителей достигается примене!

По роду усиливаемых электрических сигналов усилители можно разделить на две группы:

Усилители гармонических сигналов (или гармонические усилители), предназначенные для усиления квазипериодических сигналов различной величины и формы, т. е. сигналов, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности устанавливающихся процессов в цепях усилителя. К гармоническим усилителям относятся: микрофонные и магнитофонные усилители, усилители воспроизведения грамзаписи, звукового кино, многие измерительные усилители и т. д.

Усилители импульсных сигналов (или импульсные усилители), предназначенные для усиления импульсных сигналов различной величины и формы. Устанавливающиеся процессы в цепях этих усилителей должны протекать с такой скоростью, чтобы не искажать недопустимым образом форму усиливаемых импульсов. К импульсным усилителям относятся усилители импульсных систем связи, импульсных радиолокационных и радионавигационных устройств, многие усилители систем регулирования и управления, усилители счётно-решающих устройств, телевизионные видеоусилители и т. д.

Пример 27. Рассчитать трансформаторный усилитель, предназначенный для работы в качестве формирователя коротких импульсов, длительность которых должна быть ограничена в пределах /и наим = =0,5мкс и /„ наиб = 1 мкс при изменении нагрузки в широком диапазоне: Явнаим = 40 Ом; Яннаиб • 200 Ом; Сннаиб = 200 пФ; С„ иаим = 50пФ. Сигналы амплитудной ?/м m = (5,5 ± 0,5) В поступают на вход усилителя от источника с внутренним сопротивлением /?„„ = 200 Ом. Наибольшая частота усиливаемых импульсов Рнаиб = 0,5 мГц. Амплитуда выходных импульсов б/вы, т = 6 В, длительность фрона /фр < ^0,5 мкс. Температура меняется в пределах от 25 до 60° С. Запирающее смещение, равное 0,55 ± 0,5 В, создается диодом. Изменение напряжений источников питания не превышает 10%.

Пример 41. Рассчитать блокинг-генератор, предназначенный для работы в качестве усилителя-формирователя коротких импульсов, длительность которых следует ограничить пределами ta наим = = 12 мкс и ^и наиб = 15 мкс при изменении нагрузки в широком диапазоне. Ток нагрузки достигает своей наибольшей величины /„ наиб = = 1,1 А при сопротивлении нагрузки Rg наим = 2 Ом и емкости Свнаиб = 1 нФ и уменьшается до уровня /анаим = 20 мА при KB наио = ЮО Ом и С„ ваим = 50 пФ. Длительность фронта /фр < ^ 0,1 мкс. Наибольшая частота усиливаемых импульсов Рааи5 — = 10 кГц. Температура меняется в пределах от 25 до 60° С. Изменение напряжений источников питания не превышает 10%.

Усилители импульсных сигналов (или импульсные усилители), предназначенные для усиления импульсных сигналов различной величины и формы. Устанавливающиеся процессы в цепях этих усилителей должны протекать с такой скоростью, чтобы не искажать недопустимым образом форму усиливаемых импульсов. К импульсным усилителям относятся усилители импульсных систем связи, импульсных радиолокационных и радионавигационных устройств, многие усилители систем регулирования и управления, усилители счётно-решающих устройств, телевизионные видеоусилители и т. д.

напряжения ( 2.5). Этой характеристикой пользуются в усилителях импульсных сигналов для оценки искажений формы усиливаемых импульсов.

Идеальная нормированная переходная характеристика имеет форму единичной функции1). Усилитель с такой переходной характеристикой, не содержащий нелинейных элементов, не искажает форму усиливаемых импульсов.

Так как в схемах усилителей имеются ёмкости и индуктивности, переходные характеристики даже у усилителей, не содержащих нелинейных элементов, отличаются от единичной функции. В результате форма усиливаемых импульсов искажается. Искажения, вызванные присутствием в схеме реактивных элементов (индуктивностей, ёмкостей) называют переходными искажениями; отсюда следует, что последние являются линейными искажениями.

У современных усилителей импульсных сигналов процесс установления переднего фронта импульса происходит за очень короткое время, во много раз меньшее длительности усиливаемых импульсов. Поэтому для оценки искажений фронта и искажений вершины импульса используют переходные характеристики с различными масштабами времени. Для оценки искажений фронта пользуются переходной характеристикой с сильно растянутым масштабом времени, называемой переходной характеристикой в области малых времён; для оценки искажений вершины импульса используют переходную характеристику с сильно

Процесс заряда конденсатора Сс через сопротивление Rc занимает много большее время, чем заряд ёмкости С0; поэтому при рассмотрении процесса заряда Сс ёмкость Со можно считать-уже заряженной и отключить от схемы, после чего эквивалентная схема каскада примет вид схемы для нижних частот. Так как выходное напряжение ишх представляет собой разность, напряжения на выходе усилительного элемента и напряжения; на разделительном конденсаторе, по мере заряда конденсатора Сс выходное напряжение будет падать, вызывая тем самым спад, вершины усиливаемых импульсов.

Для нахождения переходной характеристики трансформаторного каскада в области больших времён, определяющей спад вершины усиливаемых импульсов, заменим в ф-ле (5.62) У на f(p) и ico на оператор, р, что даст

Физически спад плоской вершины усиливаемых импульсов в трансформа-горном каскаде объясняется тем, что нарастающий по экспоненциальному закону во время прохождения плоской вершины импульса ток первичной обмотки стремится к установившемуся значению, определяемому активным сопротивлением цепи. Поэтому напряжение на вторичной обмотке трансформатора, пропорциональное 'цротивоэлектродвижущей силе первичной обмотки, а следовательно, и лервой .производной тока первичной обмотки по времени, падает по закону (5.70), стремясь к нулю пр.и неограниченном увеличении времени.

Пример 5.9. Для иллюстрации особенностей расчёта выходного каскада усилителя импульсных сигналов со значительной амплитудой сигнала на выходе рассчитаем оконечный каскад со следующими данными: время установления /,,<10~8се/с, выброс 8, равный критическому; максимальная длительность усиливаемых импульсов Тмакс=2-10~5сек; спад плоской вершины А<3%. Наибольшая расчётная амплитуда выходных импульсов ивыхок=18 в должна обеспечиваться при любой полярности входных импульсов; постоянная составляющая напряжения на нагрузке должна отсутствовать. Количество импульсов в секунду не более 1000. Полезной нагрузкой каскада являются ёмкость Сн =8 пф и активное сопротивление RH =0,1 Мом, соединённые параллельно. В каскаде должна быть использована малогабаритная подогревная лампа с напряжением накала 6,3 в.