Политех в Сети

Сайт для Учебы

5.5. ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Рейтинг пользователей: / 3
ХудшийЛучший 

В практике физического эксперимента, в радиолокации, в радиотелеметрии, телевидении приходится усиливать импульсные сигналы и непрерывные сигналы сложной формы. Импульсные усилители предназначены для усиления быстро изменяющихся непрерывных сигналов и импульсов. Эти усилители называются еще широкополосными, так как предназначены для усиления сигналов со сложным спектром, имеющих широкий спектр частот. Нижняя частота спектра может составлять единицы-десятки герц, а верхняя – единицы-десятки, а иногда сотни мегагерц. Такие усилители используются, в частности, в электронных осциллографах для наблюдения импульсов наносекундной длительности. Для усиления импульсных сигналов можно использовать -каскады с соответствующей полосой пропускания.

При анализе работы импульсных усилителей удобно использовать временной анализ, связанный с определением переходных характеристик усилителей. Выражение для переходной характеристики - каскада имеет вид:

, (5.53)

Где: - крутизна транзистора; - сопротивление коллекторной (стоковой) нагрузки; - постоянная времени в области низких частот- постоянная времени в области высоких частот.

В начальный момент действия входного импульса и 1. Выражение для переходной характеристики будет иметь следующий вид:

. (5.54)

Напряжение на выходе усилителя вместо скачка напряжения будет экспоненциально нарастать с постоянной времени . При этом форма выходного напряжения будет иметь вид, представленный на рис. 5.22.

описание: переходнаях-каимпульсногоусилителяначало

Рис. 5.22.Форма выходного напряжения в начальный момент времени

В более поздней стадии, когда , и переходная характеристика будет иметь вид:

. (5.55)

Выходное напряжение будет уменьшаться экспоненциально с постоянной времени . Форма выходного напряжения будет иметь вид, показанный на рис. 5.23.

описание: переходнаях-каимпульсногоусилителя

Рис. 5.23. Форма выходного напряжения в стадии

Постоянные времени и определяют вид переходной характеристики. Искажения прямоугольных импульсов можно определить из нормированной переходной характеристики:

. (5.56)

Основные искажения импульсов будут определяться длительностью фронта и сколом вершины. Длительность фронта определяется временем изменения напряжение от уровня 0,1 до уровня 0,9 своего установившегося значения. Для момента времени , когда напряжение на выходе достигает уровня 0,1 установившегося значения, имеем:

(5.57)

Отсюда: . (5.58)

Для момента времени , когда напряжение на выходе достигает уровня 0,9 установившегося значения, имеем:

(5.59)

Отсюда:

. (5.60)

Длительность фронта импульса будет равна:

(5.61)

Таким образом, длительность фронта импульса зависит от постоянной времени нагрузочной цепи - каскада, которая равна . Длительность фронта при этом равна:

. (5.62)

При усилении импульсных сигналов искажается также и вершина импульса. Эти искажения проявляются в виде скола вершины (рис.5.24). Для удобства изображения рисунка считаем, что коэффициент усиления равен 1.

описание: искаженияпрямоугольногоимпульса

Рис.5.24. Искажения прямоугольного импульса на выходе усилителя

Скол вершины импульса Есть относительное изменение напряжения на интервале длительности импульса . Скол вершины связан с длительностью импульса и с постоянной времени переходной цепи - каскада Следующим образом:

. (5.63)

Таким образом, длительность фронта импульса на выходе усилителя отражает искажения при усилении высоких частот, а скол вершины – искажения при усилении низких частот в спектре импульсного сигнала.

Для импульсных усилителей, предназначенных для усиления видеосигналов, высокие требования предъявляются к линейности фазовой характеристики, поскольку форма усиливаемых сигналов определяется также ее линейностью.