CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М КИРОВА Том 105 1960 г.
КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ПЛОСКИХ ВЕРШИН ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСОВ В ВИДЕОУСИЛИТЕЛЯХ НА ПЛОСКОСТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТРИОДАХ (ППТ)
И. Н. ПУСТЫНСКИЙ (Представлено научным семинаром радиотехнического факультета)
Введение
На рис. 1 изображена эквивалентная схема усилительного каскада на ППТ с общим эмиттером. Здесь цепочка ИфСф предназначена для коррекции искажений вершины импульса, обусловленных наличием переходной емкости Сп,
£> ^ Rg' Rex 1 Кб + Rex '
где /^—сопротивление, обеспечивающее смещение на базу триода следующего каскада, входное сопротивление которого на низкой частоте равно R6X.
Предполагается, что емкость в цепи эмиттера последующего каскада отсутствует, поскольку при усилении импульсов большой длительности включать ее нецелесообразно ввиду значительных габаритов конденсатора. В случае необходимости включения этой емкости, ее влияние может быть учтено введением эквивалентного значения постоянной времени переходной цепи [2].
В отличие от ламповых усилителей в усилителях на полупроводниковых триодах (ПТ) величины сопротивлений R{ и RH соизмеримы, в результате чего формулы коррекции для ламповых усилителей здесь теряют силу.
Выражение для формы импульсов периодической последовательности на выходе усилителя
Нормированная переходная характеристика для схемы рис. 1 имеет вид
1
h (t) =
7—а
(а0—о)e~~xt (и0 -7) e~~*[t |
(О
где при Reuix .у Rh~{~ ^ф и Rß-ых^ R1 (что обычно имеет место)
а о =
1 + й
— Уа\ — 4 а
2 а
(1а) , 0«),
й
(Щ,
= С „•/?! (1е)
ЯФ (1 ж),
ЯН
- ЯН (1з) ,
' Яг
ХН = ЯН' СФ
а1 + Уга21 — 4а 2 а
. иб
{Щ,
(12) ,
с.
квч-г
С:
О
£
Л,
Л, + + + (1й).
Рис. 1.
В соответствии с принципом суперпозиции [1] для выходного ■сигнала получим выражение
¿2 (*) = К/о —- {К-«)*-«'
^(я—1) я Г^ ^па. Т
~(а0-Т)г-Т'
(1 — +
где
— длительность импульса, Г — период повторения импульсов,
(2)
вИ
К\о=----коэффициент усиления каскада по току на сред-
них частотах.
Спустя п периодов, т. е. в промежутке от Ь~пТ до ?=пТ-\-(а, выходной сигнал равен
у— а
(а0 —а)-
1—е*ги
аЛ _ £>—а(пГ+ ?,) ^ а Л
(«о—7)'
1— е^и
■ (е-т л —/л)-)- л
(3)
где изменяется от 0 до tu.
При установившемся режиме, поскольку ^
выходной сигнал равен
¿2 (¿) =
(а0 — а)'е-**
еаТ — е**
е*г— 1
(яо—Т)'е-тЛ
егг— 1
Здесь для удобства опускаем индекс у
(4)
Так как максимальные искажения вершины импульса наблюдаются при ¿и=0,5 Т [1], этот случай представляет наибольший интерес, При tu — 0iБ Т формулу (4) можно записать в виде
(а0 — а)
а (
К-т)
(5)
где 0<£<*и.
Оптимальные параметры коррекции
Параметры схемы усилителя, обеспечивающие на его выходе симметричный по высоте сигнал (рис. 2) с возможно минимальными искажениями вершины, будем считать оптимальными.
Задача определения опти-I . мальных параметров при
1 — практических расчетах сво-
дится в основном к нахождению величин емкостей Сп и Сф. Величины сопротивлений и Яф обычно известны, однако величиной можно в некоторых пределах варьировать.
Первое уравнение рис 9 для определения Сп и Сф
получается из выражения (5), если потребовать обеспечения равенства ¿2 (0) =/2 (¿и). Это уравнение имеет вид
Т1Ь
9
-аШ
а.
«1
1И
(6)
Поскольку обычно в реальных случаях
а tí
1 и
Т ¿и
1, то урав-
2 2
нение (6) после разложения гиперболических тангенсов в степенные ряды можно упростить. Тогда
а,
(т+а)
1-1|-(т2-К)
(?2+«Т+«г)
или, так как + я у -}- а2) < 1 12
(6а)
После подстановки в уравнение (6я) параметров схемы оно примет вид
«/(НА).
1 Ни \2
т« 11
12 \т
/I
¿(1 + *.)
1 / (и
12
о \
2^(1 г- Л,)
При — формулу (7) можно значительно упростить
'л
12 \Ъг1 &
(7а)
По формулам (7) и (7а) для наиболее часто применяемых значений ки й и — построены графики на рис. 3. Из графиков видно, что при
— максимальная погрешность определения — по приближен-
ной формуле (7а) по сравнению с более точной формулой (7) не превышает 3^-10 процентов.
Графики рис. 3 могутслужить для инженерных расчетов.
В дальнейшем условие (7) будем называть условием коррекции.
Второе уравнение для определения Сп и Сф можно получить из условия наличия допустимых искажений, определяе-мых величиной А/ = ¿макс — /0 (рис, 2). Величина относительного искажения вершины им- Рис. 3. Зависимость — от — при раз-
Ъп "-П
личных Ь, и (I
пульса, измеренная по отношению к средней линии, равна
А£_9 .
6 — — А ¿макс
¿0
(8)
----= ОД ) — кривые, вычис-
> ленные по фор------2,0.. ) муле (7);
—. —.— — кривые, вычис-
ленные по фор-гч г- муле (1а).
так как г0 = 0,5.
Величину ¿макс нетрудно найти из выражения (5), если вместо Ь подставить ¿чакс— время, соответствующее максимальному искажению вершины.
Как и з ламповых усилителях [1] без заметной погрешности можно принять, что ¿макс = (и/2. Тогда
¿МП
К,
2
811^
2 вЬ
Т ос
О)
О -
2 2
П'«.
\ 2 2 )
1.
(10)
11. Изв. 'ГНИ. т. 105.
161
После разложения гиперболических синусов формула (10) примет вид
Ь2
24~___1
или, поскольку (т~ а)2 ^ * >
<\ 1 1 9
о ^ — г та
8 И
(10 а)
После выражения а и у через параметры схемы формула (10а) запишется в виде
1
/ \ 2
1и
8 +
или
ьл2
~п I
12,5°/о
(11)
т. е. в усилителях на ПТ искажение й в + раз меньше, чем в усилителях на лампах [1].
Си
г,о г7
Рис. 4д.
Для ускорения инженерного расчета по формуле (11) также были построены графики (рис. 4). На рис. 4в, кроме того, для наглядной оценки эффекта коррекции приведены кривые
л = 2оо °;0ш
100°
(12)
2т„(1+<) ' тя( 1+*х) '
где А — относительный спад вершины импульса при отсутствии
звена Яф Сф.
Количественно эффект, достигаемый коррекцией, может быть оценен по величине отношения искажений без коррекции к искажениям при коррекции, т. е.
= — =8^. (13)
Из (13) видно, что коррекция более эффективна при меньшем
t х
tu и больших d и тн. Например, при d = 1,5, — = 1, -н- ^ 0,9 (см. рис. 3) % = 10,8, а при ¿ = 0,75, -^-=1, -^=0,65 3,9.
Эксперимент
Для проверки теоретических результатов был проведен эксперимент. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 5. Смещение на базу и коллектор триодов усилителя подавались от отдельных источников и EKJ для того, чтобы имелась возможность независимого изменения напряжений.
От генератора прямоугольных импульсов ГИГ1-1 на базу первого каскада усилителя через сопротив-ление = 10 ком подавались импульсы со скважностью Q = 2 и длительностью tu — 8 мсек. С усилителя импульсы поступали на осциллограф ЭО - 7. При определенных ReX} Сп, кх и d подбиралась емкость С обеспечивающая выполнение условия коррекции, и измерялась величина искажения вершины. Результаты, полученные расчетным и экспериментальным путем, приведены в табл. 1. Как видно из таблицы, расхождение между расчетом и экспериментом незначительное.
Входное
сопротивление второго каскада Rex изменялось путем изменения сопротивления Re. При этом измерение Rex осуществлялось следующим образом.
Подключалось определенное сопротивление Rx и измерялось импульсное напряжение на базе триода при разомкнутой цепи эмиттера. Затем цепь эмиттера замыкалась и путем изменения Re добивались уменьшения напряжения на базе триода в два раза по сравнению с напряжением при разомкнутой цепи. При этом Rex = Rit
Емкость С\ предназначена для того, чтобы не изменялся режим триода по постоянному току при подключении Rt.
При увеличении Eq наблюдался некоторый спад вершины импульса, очевидно за счет уменьшения R6X. При наличии сопротивления Re (даже порядка 100 ом) за счет противосвязи нарушение условий коррекции значительно уменьшалось как при замене триодов, так и при изменении Е$.
При изменении Ьк условия коррекции заметно не нарушались, очевидно, потому, что изменение UK мало влияет на входное сопротивление триода.
Порядок инженерного расчета параметров коррекции
Расчет по графикам
1. По известным величинам ku d и о по графикам рис. 4 определяем допустимую величину— =/j.
Рис. 5. Схема экспериментальной установки. Параметры схемы: Я 10 ком, — 130 ком,
Я0 = 75 ком, Я, = 12 ком, 1 Ре = 680 ом,
С^ -50 мкф, Ебср - 4 в, £Кср = 10 е.
Таблица 1
КОМ С„. мкф й Расчет Эксперимент Расчет Эксперимент
8, % Сфк , мкф Сфк, мкф а, % Д, % Д, %
\ 0,25 1,0 7,0 35,2 33 8,0 60 60
10 0,6 39,6 40 0
\ 1 10 1 2,0 0,5 — нет коррекции 3.0 14 26,5 22,5-
| 1.0 3,0 4.4 4.0 5,0
4,0 0,55 4,8 5,0 0
0,1 0,5 7,5 25 23 8,0 47 40
1,0 3,3 28,5 25 5,0
1 5 \ 3 1 ! | ! 10 0,35 29,6 | 28 0
1.0 0,5 4,3 2,4 2,0 5,0 26,0 22,5
1,0 1.9 2,8 2.5 0
0,5 _ нет коррекции нет коррекции __ 68 65
0,1 | 1,0 | 8,3 8,8 8,0 10
| 10 ! 1 10 | 0,8 . 9,6 9,0 | 0
0,25 1.0 7,0 35,2 33 8,0 60 60
10 | 0,6 39,6 40 0
0,5 0,5 — нет коррекции 0,5 20 52 45
1 1 1 1 1,0 6,0 1.6 1,5 7.0
2. Вычисляем необходимую величину переходной емкости
Сп = — = —— и берем ближайший больший номинал Спк.
£ £
3. Определяем действительное отношение — = ——— = 1Ш.
4. По графикам рис. 3 для известных —, й и к1 находим отно-шение —- — /2.
5. Вычисляем величину емкости СфК, обеспечивающей условие
т /9 т
коррекции = и берем ближайший номинал СфН. Если
СфН значительно отличается от СфК, то желательно несколько изменить #ф (т. е. й) так, чтобы Сфн^Сфк, или в остальных каскадах усилителя при выборе СфН учесть перекоррекцию (соответственно недокоррекцию) в этом каскаде.
Аналитический расчет
При — пользоваться графиками для определения парамет-х/г
ров коррекции нет необходимости. Порядок расчета при этом следующий.
1. По известным ки и о (°/0) определяем отношение
^ V 12,5
(14)
Формула (14) получается при совместном решении (7а) и (11) Если 1Х получится больше величины то аналитическим расчетом пользоваться не желательно из-за большой погрешности.
т I
2. Из (14) вычисляем Сп = —- = —— и берем ближайший больший номинал Спн.
3. Определяем действительное отношение — = ——— =
Хп
4. Находим величину — по формуле (1а). В дальнейшем по-ступаем как в пункте 5 расчета по графикам.
Выводы
1. Анализ графиков рис. 3 показывает, что для обеспечения большей стабильности коррекции при изменении ~п необходимо брать меньшие кх и большие йу а при изменении тн—наоборот.
Поскольку наиболее нестабильной величиной является (вследствие значительного изменения Я6Х с температурой), желательно выбирать большие й и меньшие ки кроме того, целесообразно стабилизировать Ивх [2].
2. Изменение искажений о от каких-либо факторов менее заметно при больших кх и й (рис. 4).
3. Эффект, достигаемый коррекцией, тем больше, чем больше й и и меньше tlL (см. (13)).
4. Искажения вершины импульса некритичны к изменению напряжения на коллекторе триода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лурье О. Б., Усилители видеочастоты, Советское радио, 1955.
2. Пустынский И. Н., О коррекции искажений плоской вершины импульса в видеоусилителях на плоскостных полупроводниковых триодах, (статья помещена в этом сборнике).
