2.8. Схемы коррекции с обратной связью

Из-за большого разброса параметров биполярных транзисто­ров и сильного изменения их при колебаниях температуры, на­пряжения питания, старении и замене, изменения коэффициента усиления и характеристик каскадов предварительного усиления при рассмотренных выше схемах коррекции обычно оказываются недопустимыми.

Поэтому в широкополосных каскадах предварительного уси­ления с биполярными транзисторами используют схемы коррек­ции, вводящие в каскад достаточно глубокую отрицательную об­ратную связь, сильно уменьшающую изменения коэффициента уси­ления и характеристик каскада при замене транзистора, старении и воздействии на каскад других факторов. Рассмотрим наиболее употребительные схемы этого типа и их основные свойства.

2.8.1. Низкочастотная коррекция

Схема низкочастотной коррекции c комплексной

обратной свя­зью в резисторном каскаде изображена на рис. 2.8.1. Включенная между коллектором и базой последовательная цепочка R_сC_с здесь создает параллельную отрицательную обратную связь по напряжению, уменьшающую усиление каскада и стабилизирую­щую его свойства и характеристики. Сопротивление резистора R_с берут таким, чтобы получить нужную глубину обратной связи, а емкость С_с должна быть настолько велика, чтобы ее сопротивле­ние на верхних и средних частотах было мало по сравнению с R_c. Тогда на этих частотах сопротивление цепочки C_сR_с будет прак­тически постоянно и равно R_c, следовательно, постоянна и глуби­на обратной связи, При понижении частоты возрастающее сопро­тивление емкости С_с увеличивает сопротивление цепочки C_сR_с и глубина обратной связи уменьшается, что приводит к повышению коэффициента усиления схемы с уменьшением частоты.

Рис. 2.8.2. Эмиттерная высокочастотная коррекция: а – принципиальная схема; б – частотная характеристика каскада без коррекции; в – частотная характеристика каскада с коррекцией, но при отсутствии вносимых транзистором частотных искажений; г – результирующая характеристика схемы.

Рис. 2.8.1. Схема коррекции обратной связью.

Частотные и переходные характеристики этой схемы совпадают с характери­стиками схемы низкочастотной коррекции цепочкой С_фR_ф, при­веденными на рис. 2.7.3; коэффициент m здесь определяется отно­шением C_cR_c к CR_н, а b=1/ K* — петлевым усилением.

Измене­ние емкости конденсатора С_с позволяет получать частотную и пе­реходную характеристики как без подъема, так и с подъемом нужной величины. Следует заметить, что вводимая цепочкой C_cR_c обратная связь улучшает характеристики каскада и в об­ласти верхних частот.

Низкочастотную коррекцию комплексной обратной связью иногда объединяют с высокочастотной коррекцией, для чего в цепочку обратной связи C_cR_c добавляют дроссель высокочастот­ной коррекции L_c, показанный на рис. 2.8.1 пунктиром.

2.8.2. Высокочастотная коррекция

В широкополосных каскадах, работающих на следующий кас­кад с биполярным транзистором, очень хорошие результаты дает схема эмиттерной высокочастотной коррекции (рис. 2.8.2), в кото­рой корректирующая цепочка R_э.кC_э.к включается в цепь эмитте­ра следующего каскада. Здесь R_э.к создает последовательную от­рицательную обратную связь по току, уменьшающую усиление каскада во всей полосе частот и стабилизирующую его свойства. Присоединяемый параллельно R_э.к конденсатор С_э.к очень малой емкости ослабляет обратную связь лишь на верхних частотах, что увеличивает усиление каскада при повышении частоты, компен­сируя его падение от влияния нагружающей каскад емкости С₀. Изменяя С_э.к, можно получить частотную характеристику на верх­них частотах как без подъема, так и с подъемом (рис. 2.8.2г), а переходную характеристику в области малых времен — без выбро­са или с выбросом нужной величины. Частотная характеристика без подъема с наиболее широкой полосой пропускания (наилучшая характеристика) получается при определенном соотношении постоянных времени цепочки эмиттерной стабилизации C_э.кR_э.к и входной цепи транзистора С_б.эR_экв.в; выигрыш в площади усиления при такой характеристи­ке схема дает около 1,5 раз, т. е. почти столько же, сколько дает параллельная коррекция индуктивностью. Критический выброс у схемы эмиттерной высокочастотной коррекции, как и у схемы параллельной коррекции, близок к 1 %.

Практика показала, что при эмиттерной коррекции сопротив­ление резистора R в цепи коллектора корректируемого каскада следует брать порядка входного сопротивления транзистора, на который работает рассчитываемый каскад; нужную полосу про­пускания или время установления каскада обеспечивают выбором глубины обратной связи, создаваемой резистором R_э.к. Если па­дение напряжения питания на R_э.к достаточно для обеспечения необходимой стабильности точки покоя, то дополнительную ста­билизирующую цепочку R_эC_э исключают.

Отрицательная обратная связь, действующая в каскаде с эмиттерной коррекцией, снижает нелинейные искажения и помехи, уменьшает изменение коэффициента усиления каскада и его ха­рактеристик при замене транзисторов, их старении и изменении температуры, повышая надежность устройства; она также поз­воляет сильно уменьшить емкость конденсаторов С и С_э.сл (рис. 2.8.2а).

В широкополосных каскадах, работающих на следующий кас­кад с полевым транзистором, можно осуществить вы­сокочастотную коррекцию, аналогичную эмиттерной и называе­мую истоковой высокочастотной коррекцией. Однако такие схемы применяют редко, так как здесь лучшие результаты дает применение коррекции индуктивностью (см. рис. 2.7.4 и 2.7.6).

Высокочастотную коррекцию в каскаде, работающем на вход биполярного транзистора, можно осуществить параллельной об­ратной связью по напряжению, ослабляемой на верхних частотах индуктивностью L_c, включенной в цепочку обратной связи (см. рис. 2.8.1); такую коррекцию называют коллекторной высокочастот­ной. Если низкочастотная коррекция в каскаде не нужна, кон­денсатор С_с берут настолько большой емкости, чтобы он не ос­лаблял обратной связи на низшей частоте. Эта схема снижает коэффициент гармоник, повышает площадь усиления и стабильность показателей каскада; при ней входное сопротивление почти по­стоянно в полосе рабочих частот, тогда как при эмиттерной кор­рекции оно изменяется в десятки раз и более. Однако из-за боль­шого числа компонентов и наличия индуктивности, нежелатель­ной в малогабаритных конструкциях, такую коррекцию применя­ют редко.

В широкополосных каскадах высокочастотную коррекцию можно не применять, если верхняя усиливаемая частота и коэффи­циент усиления каскада без коррекции оказываются достаточны­ми, но даже и в этом случае коррекцию обратной связью неред­ко вводят для того, чтобы при старении транзисторов, их замене, изменении температуры и напряжения питания показатели уси­лителя были достаточно стабильными.