А. Красько - Схемотехника аналоговых электронных устройств
где τос=RосCос.
Анализ полученного выражения упрощается в предположении τв=τОС. При этом условии имеем:
где τвОС=τв/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:
τнИ ≈ 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/(ωвОС·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 τвОС=τ/F+τ1/F+τ2 (см. так же подраздел 2.5).
Нетрудно увидеть, что эмиттерная коррекция каскада на БТ при частотно-независимой цепи ООС (Cос=0) эффективна при τ2<<(τ+τ1), 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 τос=RосCос, τ'=K0RосCн.
Эмиттерная коррекция позволяет значительно увеличить fв (уменьшить tу) при заданных величинах подъема АЧХ на ВЧ (выброса ПХ δ 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 = τ/rб/F + (1 + K0ОС)Cк ≈ 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:
τнэОС = Cэ(1/S0 + Rос).
3.3. Последовательная ООС по напряжению
Входное сопротивление усилителя с ООС определяется способом подачи напряжения ОС во входную цепь. Согласно элементарной теории ОС, последовательная ООС по напряжению (ПООСН) увеличивает входное сопротивление усилителя в F раз, т.е.
RвхОС = Rвх·F.
Выходное сопротивление усилителя с ООС определяется способом снятия напряжения ОС с нагрузки усилителя. Согласно элементарной теории ОС, ПООСН уменьшает выходное сопротивление усилителя в F раз, т.е.
RвыхОС = Rвых/F.
Уменьшение выходного сопротивления УУ снижает зависимость выходного напряжения от изменения величины нагрузки, следовательно, можно утверждать, что ПООСН стабилизирует коэффициент усиления по напряжению при изменении нагрузки. Ранее были рассмотрены эмиттерный и истоковый повторители, в которых имеет место 100%-ная ПООСН (подразделы 2.8, 2.11), поэтому ограничимся иллюстрацией применения ПООСН — трехкаскадным интегральным усилителем с внешней цепью ОС (резистор Rос, рисунок 3.4).
Рисунок 3.4. Усилитель с общей ПООСН
Возможность менять глубину общей ООС значительно расширяет сферу применения данного усилителя и делает ИМС многоцелевой.
3.4. Параллельная ООС по напряжению
Согласно элементарной теории ОС, параллельная ООС по напряжению (∥ООСН) не меняет коэффициент усиления по напряжению K0 усилителя, но за счет изменения его входного сопротивления меняется сквозной коэффициент усиления KE. В результате уменьшения входного сопротивления Rвх к входу усилителя приложится напряжение
Uвх = Eг·νвх,
где νвх — коэффициент передачи входной цепи УУ.
По аналогии с K0ОС можно записать:
KE ОС = KE/(1 + βK0) = νвхK0/(1 + βK0).
При глубокой ∥ООСН (βK0 >> 1) получаем:
KE ОС ≈ νвх/β.
Входное сопротивление усилителя с ∥ООСН определится как:
RвхОС = Rвх/FI,
где глубина ООС по току FI=1+βIKI, βI=Iос/Iвых.
Величину выходного сопротивления УУ, охваченного ∥ООСН, можно приближенно оценить по уже известному соотношению:
RвыхОС ≈ Rвых/F.
Из изложенного следует, что ∥ООСН стабилизирует сквозной коэффициент усиления по напряжению при постоянном сопротивлении источника сигнала, уменьшает входное и выходное сопротивления усилителя.
Каскад на БТ с ОЭ и ∥ООСН представлен на рисунке 3.5.
Рисунок 3.5. Усилительный каскад на БТ с ОЭ и ∥ООСН
При ∥ООСН выходное напряжение каскада вызывает ток ОС, протекающий через цепь ОС RосLосCрос. Ранее (см. подраздел 2.6) рассматривалась схема коллекторной термостабилизации, работа которой основана на действии ∥ООСН. В данном же каскаде ∥ООСН действует только на частотах сигнала, что отражено на рисунке 3.5б.
Воспользовавшись рекомендациями подраздела 2.3, получим выражения для основных параметров в области СЧ. Для коэффициента усиления по напряжению получим:
т.к. S0Rос>>1, Rэкв=Rк∥Rн. В большинстве случаев Rос>Rэкв, поэтому K0 меняется незначительно. Само же изменение K0 объясняется тем, что, в отличие от классической структуры УУ с ∥ООСН, в реальной схеме каскада нет столь четкого разделения цепи ОС и цепи прямого усиления.
Входное сопротивление каскада с ∥ООСН равно:
Обычно K0>>g(Rос+Rэкв), Rос>Rэкв и K0>>1, тогда
Выходное сопротивление каскада с ∥ООСН равно:
т.к. как правило S0>>g и S0Rг>>1.
Для определения параметров каскада в области ВЧ следует воспользоваться соотношениями для каскада с ОЭ (см. подраздел 2.5), принимая во внимание, что при расчете постоянной времени каскада τв следует учитывать выходное сопротивление каскада с ∥ООСН, т.е. Rэкв=Rвых∥Rн и влияние ∥ООСН на крутизну — S0ОС=S0–1/Rос.
Следует заметить, что существует возможность коррекции АЧХ (ПХ) в области ВЧ (МВ) путем включения последовательно с Rос корректирующей индуктивности Lос. Эффект коррекции объясняется уменьшением глубины ООС в области ВЧ (МВ). Расчет каскада с ОЭ и ∥ООСН в области НЧ ничем не отличается от расчета каскада без ОС (следует только учитывать изменение Rвх и Rвых при расчете постоянных времени разделительных цепей), исключение составляет расчет разделительной емкости Cрос из условия XCрос≤Rос/(10…20).
