"Схемотехника аналоговых электронных устройств" - читать интересную книгу автора (Красько А. С.)
3.2. Последовательная ООС по току
Схема каскада с последовательной ООС по току (ПООСТ) на ПТ с ОИ приведена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3. Каскад на ПТ с ПООС
При ПООСТ в выходной цепи усилителя последовательно с нагрузкой включается специальная цепь (на рисунке 3.3 это RосCос), напряжение на которой Uос пропорционально выходному току. Во входной цепи усилителя Uос алгебраически складывается с входным напряжением. В области СЧ (Cос=0) можно записать
K0ОС = K0/F = K0(1 + #946;K0).
Проведя анализ каскада по методике подраздела 2.3, получим:
K0ОС = K0/F = K0(1 + S0Rос).
Поскольку K0=S0Rэкв (см. подраздел 2.9), то при глубокой ООС (Fgt;10) K0#8776;Rэкв/Rос. Из полученного выражения следует, что ПООСТ обеспечивает стабильность усиления по напряжению при условии постоянства нагрузки.
С помощью ПООСТ удается уменьшить нелинейные искажения в УУ, поскольку с увеличением F будет уменьшаться напряжение управления усилителем, его работа станет осуществляться на меньшем участке ВАХ активного элемента (транзистора), а это приведет к уменьшению коэффициента гармоник. В подразделе 8.1 приведены расчетные соотношения для коэффициента гармоник усилителя, охваченного ООС последовательного типа. Приближенно оценить влияние ПООСТ на коэффициент гармоник можно по соотношению:
KгОС = Kг/F.
Все вышесказанное в равной мере относится и к каскаду на БТ с ОЭ и ПООСТ (схема каскада не приводится ввиду идентичности ее топологии схеме рисунка 3.3).
Входное сопротивление усилителя с ООС определяется способом подачи напряжения ОС во входную цепь. Согласно элементарной теории ОС, ПООСТ увеличивает входное сопротивление усилителя в F раз, т.е.
RвхОС = Rвх·F.
Выражение для входного сопротивления каскада с ОЭ на БТ с ПООСТ, определенное по методике подраздела 2.3, имеет вид:
При известных допущениях последние два выражения дают близкие результаты.
Входное сопротивление каскада с ОИ на ПТ определяется Rз (см. подраздел 2.9), поэтому практически не меняется при охвате каскада ПООСТ.
Выходное сопротивление усилителя с ООС определяется способом снятия напряжения ОС с нагрузки усилителя. Согласно элементарной теории ОС, ПООСТ увеличивает выходное сопротивление усилителя в F раз, т.е.
RвыхОС = Rвых·F.
На СЧ выходное сопротивление каскадов на ПТ (ОИ) и БТ (ОЭ) определяется в большинстве случаев соответственно номиналами Rс и Rк, поэтому данная ООС его практически не меняет.
На рисунке 3.3б приведена схема каскада с ОИ и ПООСТ в области ВЧ. Данный каскад еще носит название каскада с истоковой коррекцией, т.к. основной целью введения в каскад ООС является коррекция АЧХ в области ВЧ.
Поскольку цепь ООС (RосCос) частотнозависима, то |F| с ростом частоты уменьшается относительно своего значения на СЧ, что приводит к относительному возрастанию |KОС| на ВЧ. С точки зрения коррекции временных характеристик, уменьшение tу каскада объясняется зарядом Cос, что приводит к медленному нарастанию Uос, и, следовательно, к увеличению коэффициента усиления в области МВ, а это, в свою очередь, сокращает время заряда Cн, которое, собственно, и определяет tу.
Анализ влияния ПООСТ вначале проведем для случая резистивной цепи ОС (Cос=0). Учитывая, что крутизна ПТ практически не зависит от частоты (см. подраздел 2.4.2), можно сказать, что во всем диапазоне рабочих частот глубина ООС F=const, уменьшение коэффициента усиления по всему диапазону рабочих часто одинаково и коррекция отсутствует.
Воспользовавшись рекомендациями подраздела 2.3,получим выражение для комплексного коэффициента передачи каскада с токовой коррекцией (цепь ОС комплексная, RосCос) на ВЧ:
где #964;ос=RосCос.
Анализ полученного выражения упрощается в предположении #964;в=#964;ОС. При этом условии имеем:
где #964;вОС=#964;в/F (см. так же подраздел 2.9).
Уменьшение постоянной времени каскада в области ВЧ приводит к увеличению верхней граничной частоты fв (уменьшению tу) каскада. Площадь усиления каскада с ОИ и истоковой коррекцией при этом не меняется:
Пос = K0ОС·fвОС = K0·fв.
Расчет каскада с истоковой коррекцией в области НЧ ничем не отличается от расчета некорректированного каскада за исключением того, что формула для постоянной времени цепи истока будет выглядеть иначе:
#964;нИ #8776; Cи(1/S + Rос).
В зависимости от цели введения ООС в каскад, глубину ООС можно определить по следующим соотношениям:
F = K0/K0ОС, либо F = fвОС/fв.
При этом Rос=(F–1)/S0 и Cос=1/(#969;вОС·Rос).
Каскад с ОЭ и ПООСТ еще носит название каскада с эмиттерной коррекцией.
В отличие от ПТ, в БТ крутизна частотнозависима, поэтому даже при частотно-независимой цепи ООС (Cос=0) наблюдается эффект коррекции АЧХ и ПХ за счет уменьшения глубины ООС на ВЧ:
,
где #964;вОС=#964;/F+#964;1/F+#964;2 (см. так же подраздел 2.5).
Нетрудно увидеть, что эмиттерная коррекция каскада на БТ при частотно-независимой цепи ООС (Cос=0) эффективна при #964;2lt;lt;(#964;+#964;1), т.е. в каскадах с малой емкостью нагрузки.
Воспользовавшись рекомендациями подраздела 2.3,получим выражение для комплексного коэффициента передачи каскада с эмиттерной коррекцией в области ВЧ:
где #964;ос=RосCос, #964;'=K0RосCн.
Эмиттерная коррекция позволяет значительно увеличить fв (уменьшить tу) при заданных величинах подъема АЧХ на ВЧ (выброса ПХ #948; в области МВ). Готовые таблицы и графики для расчета каскада с эмиттерной коррекцией приведены в [6].
Входная емкость каскада с ПООСТ уменьшиться примерно в F раз:
C вх дин ОС = #964;/rб/F + (1 + K0ОС)Cк #8776; Cвх дин/F.
Расчет каскада с ОЭ и ПООСТ в области НЧ ничем не отличается от каскада без ОС (следует только учитывать изменение Rвх при расчете постоянных времени разделительных цепей), исключение составляет расчет постоянной времени цепи эмиттера:
