Импульсные усилители

Импульсные усилители (ИУ) предназначены для усиления импульсов тока или напряжения с минимальным искажением их формы. Входной сигнал изменяется настолько быстро. что форма сигнала на выходе в основном зависит от переходных процессов. Полоса пропускания ИУ очень широка: от единиц Гц до МГц. Роль ИУ постоянно возрастает вследствие высокой экономичности. ИУ применяются как в звуковой аппаратуре, так и силовых цепях, например, при ШИМ-регулировании. Отличия усиленного импульса от прямоугольного выражаются в следующих параметрах.

А-размах или величина импульса.

ΔА-относительный спад вершины.

τ_ф—длительность фронта импульса (время восстановления). Измеряется от 0,1 до 0,9 размаха импульса.

τ_с - длительность среза (спада) импульса. Измеряется от 0,1 до 0,9 размаха импульса.

τ—длительность импульса, измеряется на уровне 0,5А.

b₁ , b₂ --выбросы на фронте и срезе.

Для усиления импульса усилитель должен обладать противоречивыми качествами: фронты и срезы требуют максимально возможной частоты в то время как вершина требует минимально возможной частоты (постоянная величина). Лучше всего для такой работы подходят усилители с гальваническими связями (УГС – УПТ). Но УГС имеют хорошие качества только в интегральном исполнении. Поэтому для импульсных сигналов больших частот используют импульсные усилители переменного тока с коррекцией по верхним и нижним частотам – высокочастотная и низкочастотная коррекция.

Наиболее распространенным видом ВЧ-коррекции является включение в цепь коллектора (или стока) индуктивности L. R_к, L, разделительные емкости, связывающие коллектор с источником питания через другие элементы схемы образуют параллельный колебательный контур, который должен быть рассчитан так, чтобы работать на верхних частотах в состоянии, близком к резонансу. В этом состоянии контур имеет большое сопротивление, и контур имеет повышенный коэффициент усиления. С помощью индуктивности можно поучить увеличение амплитуды на ВЧ в ≈1.5 раза.

При низких входных сопротивлениях последующего каскада эффективность индуктивной коррекции низка. Используют высокочастотную эмиттерную коррекцию. Дополнительные элементы R_кор и C_кор создают дополнительную ООС, от которой усиление усилителя уменьшается. Но на ВЧ сопротивление конденсатора C_кор падает, ООС ослабевает, усиление увеличивается, т.е. общий коэффициент усиления уменьшается, но ВЧ не ослабевают по сравнению с более низкими частотами.

Для поддержания уровня вершины импульса необходимо уменьшить нижнюю частоту полосы пропускания усилителя, т.е. ввести низкочастотную коррекцию. Обычно это осуществляется с помощью RC-фильтра, введенного в цепь коллектора (или стока). Конденсатор С_ф выбирают так, чтобы на высоких и средних частотах его сопротивление было бы минимальным. С уменьшением частоты сопротивление конденсатора растет. Сопротивление цепи R_фC_ф также растет. Сопротивление в цепи коллектора возрастает, коэффициент усиления увеличивается. В результате амплитуда нижних частот относительно возрастает.

Фильтр R_фC_ф играет еще одну полезную роль: при его отсутствии переменные напряжения передаются на источник питания, создают на нем падение напряжения и через него воздействуют на все элементы, питающиеся от этого источника. R_фC_ф- цепь отфильтровывает эти частоты, т.е. уменьшает паразитную связь между каскадами по переменному току. Такие фильтры носят название развязок.