плитуд был усовершенствован впоследствии С. И. Евтяновым [31, придавшим этому методу операторную форму. В приведенном изло жении понятие медленно меняющейся амплитуды в явной форме не используется. Однако сделанные допущения эквивалентны предполо жениям метода медленно меняющихся амплитуд.
. 6.3. Переходная характеристика усилителей с одиночными настроенными в резонанс контурами
При расчете переходных характеристик входное напряжение пред ставляет собой включаемое в момент t = 0 колебание неизменной ам плитуды £/с, частоту о с которого положим равной частоте ш0 усилите ля. Изображение огибающей этого колебания находим с помощью преобразования Лапласа
Ue(p)=--lue (t)e-e‘dt, |
(6.28) |
|
|
о |
|
применение которого в рассматриваемом случае дает |
|
|
ОО |
|
|
г/с (р) = $ |
U ^ d t = UJp. |
(6.29) |
о |
|
|
Комплексный коэффициент |
усиления п-каскадного |
усилителя |
в области малых расстроек равен |
|
|
К Ш |
Ко |
(6.30) |
|
||
о + ю п ’
где /(о — резонансное усиление всего усилителя. Это усиление предпо лагается вещественным, что соответствует вещественной крутизне 5 ламп или транзисторов.
Перейдем от (6.30) к операторному коэффициенту передачи низко частотного эквивалента усилителя, для чего выполним следующую
замену: |
|
|
|
|
|
fl = j 2(«>—Юр) = |
. £_ = р_ |
(6.31) |
|
|
со0 d |
а |
а |
|
|
|
|||
Тогда из (6.30) |
получим |
|
|
|
|
к нз (р) = Ко®п/(р + |
а)". |
(6.32) |
|
Изображение |
огибающей выходного |
напряжения согласно |
(6.29) |
|
и (6.32) запишем в виде |
|
|
|
|
^выХ(Р) = U 0 (р) Кт (р) = К0 U c — “!!— . |
'(6.33) |
|||
|
|
|
Р (Р + а)п |
|
206
Из операционного исчисления известна следующая формула [Ц:
|
|
п—1 |
(а1)т |
|
р ( р + а ) п ■ ап |
1— e~ai |
V |
(6.34) |
|
„ " Ч |
т\ |
|||
|
|
т —О |
|
|
учитывая которую, находим, что изображению (6.33) соответствует оригинал
|
п - 1 |
I |
|
|
^вых (х) = ^о Uc — е- |
V |
(6.35) |
||
т =О |
ш! |
|||
|
|
где т = at — безразмерное время.
Это уравнение переходной характеристики было впервые получе но в работе [2] и называется формулой Агеева — Кобзарева. На рис. 6.3 приведены построенные по формуле (6.35) переходные характеристи ки при различных значениях числа каскадов п, причем по оси абсцисс
оси |
ординат — относительная ампли |
0,8 |
|
7 / |
|
|
|||||||
туда |
UBbtx(x)/K0Uc |
выходного напря |
п*1 f |
3 / |
|||||||||
жения. Согласно рис. 6.3 амплитуда |
0,6 |
4 |
|
||||||||||
выходного |
напряжения |
устанавли |
OS |
|
|
|
|
|
|||||
вается |
в |
данном |
случае |
монтонно |
|
|
|
|
|
||||
(без выброса). |
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|||
Графики на рис. 6.3 позволяют |
О / |
|
|
|
|
||||||||
найти |
безразмерные |
время |
установ |
Z |
3 |
|
4 5 £ 7 z |
||||||
ления ту и время запаздывания т3, |
|
|
|
|
|
|
|||||||
зависящие лишь от «, и |
могут |
быть |
|
|
|
Рис. |
6.3 |
||||||
непосредственно использованы |
при |
|
|
|
|
|
|
||||||
расчете усилителя. Если заданы резонансная частота со0, число каска дов п и требуемое время установления / у усилителя, то, найдя из
рис. 6.3 безразмерное время установления ту, легко рассчитать |
зату |
хание его контуров |
|
d — 2ту/со0^у |
(6.36) |
Используя для полосы пропускания «-каскадного усилителя фор
мулу (5.7), составим произведение |
|
|
|
n t y = f 0d V Y 2 - |
1-^7 = — V | / 2 - 1 |
(6.37) |
|
3 |
(о0“ |
я |
|
Это произведение зависит только от числа «. Если найти его значе ния для различных «, то нетрудно убедиться в том, что при любом п можно с достаточной для инженерных расчетов точностью положить
П/у = 0,7. |
(6.38) |
Таким образом, зная требуемое время установления, можно рас считать необходимую полосу пропускания, после чего рассчитать уси литель радиоимпульсов так же, как и при непрерывных сигналах.
207
Теперь рассмотрим более сложный случай, при |
котором в области частот |
CO i со0 крутизна S комплексна, т. е. |
|
S = S0/(1 + /соТо), |
(6.39) |
что встречается иногда в транзисторных каскадах и значительно реже в лам повых. Напомним, что для транзистора входящая в формулу (6.39) величина т0 является постоянной времени его входной цепи.
Выражение (6.39) может быть преобразовано следующим образом:
S = ------------ |
|
— - ■р - / arctgtot, |
(6.40) |
|
| / 1 + © 2т2 |
|
|||
Учитывая узкополосность рассматриваемых усилителей, можно |
считать, что |
|||
модуль крутизны S остается в |
пределах полосы пропускания |
неизменным |
||
и равным |
|
|
|
|
S |
= |
S0 |
(6.41) |
|
*2 |
||||
|
|
|
||
а показатель экспоненциального множителя разложить в точке <о = со0 в ряд Тейлора, ограничившись учетом первых двух членов этого разложения. Тогда
То
arctg сот0 = arctg щ0т0 + ■ 2т-2 (со —<о0).
1+ 0)? т;
и выражение для крутизны приобретает вид
5 _ | 5 I |
/arctg (о0То е —/ (ш —шо) т0/(1 + (а* т»г)_ |
(6.42) |
|
Теперь, рассматривая совместно выражения (6.41) и (6.3) для п-каскадного |
|||
усилителя, замечаем, |
что: 1) множитель |
| S |л войдет в выражение |
для Ко, |
2) частотно независимый фазовый угол ф0 |
отличен от нуля и равен |
|
|
|
Фо = —n arctg со0 т0, |
(6.43) |
|
что вызовет согласно (6.14) соответствующее запаздывание фазы высокочастот ного заполнения, 3) второй экспоненциальный множитель в (6.42) обусловит по
явление дополнительного множителя ехр [—рпт0/(1 + соото)] в операторном ко эффициенте передачи низкочастотного эквивалента (6.32) и в изображении огибающей (6.33) выходного напряжения, что в соответствии с теоремой запаз дывания операционного исчисления означает запаздывание огибающей на время
|
|
|
|
At3 = m 0/(l +со§ тЦ). |
|
(6.44) |
|||
Из (6.43) |
и (6.44) нетрудно получить, |
что при соото < 1 |
это |
соответству |
|||||
ет временному запаздыванию огибающей |
и |
высокочастотного |
заполнения вы |
||||||
ходного напряжения на величину пт0, т. е. замене времени / на (/ — ят0). |
|||||||||
Зависимость |
крутизны усилительного |
прибора от частоты приводит к уве |
|||||||
личению |
инерционности усилителя. Выражение (6.39) с точностью |
до коэффи |
|||||||
циента |
совпадает |
с |
выражением |
частотной |
характеристики |
интегрирующей |
|||
/?С-цепочки. |
Время |
установления |
/ys такой |
цепи, как известно, |
равно 2,2т0. |
||||
Общее время |
установления каскада |
с учетом |
этого найдем как |
|
|||||
- Y t i n + f |
(6 |
45) |
ys , |
||
где /ун = 0,7/П — время установления, обусловленное |
инерционностью |
на |
грузки усилителя. |
|
|
Вынося из-под корня /ун и выражая полосу пропускания каскада через ре |
||
зонансную частоту (Од и добротность Q, приведем выражение (6.45) к виду |
|
|
h —^УНY 1+С0д Тд/4Q . |
(6.46) |
|
20?
У современных транзисторов величина со0т0 не превышает нескольких еди ниц при со0 < 0,5 озгр, где согр — граничная частота транзистора. Поэтому для узкополосных усилителей второе слагаемое подкоренного выражения в (6.46) намного меньше единицы, и результирующее время установления усилителя опре деляется только полосой пропускания колебательного контура, т. е. остаются справедливыми выражения (6.37) и (6.38).
6.4. Прохождение импульсной помехи через усилитель с одиночными настроенными в резонанс контурами
Пусть импульс помехи имеет на резонансной частоте ю0 усилите |
|||||||
ля модуль спектральной плотности, равный |
| иПом (/со0) I- В соответ |
||||||
ствии с (6.26) найдем реакцию НЭ усилителя |
на воздействие |
в виде |
|||||
дельта-импульса |
площадью |
|и Пом(М>)|- |
Изображение входного воз |
||||
действия имеет вид |
|
|
|
|
|
||
^пом (Р)= S I«пом 0 4 ) 16 У)'е~р( dt = I«пом 0 4 ) I. |
(6.47) |
||||||
|
|
о' |
|
|
|
|
|
Изображение реакции эквивалента на основании (6.32) и (6.47) |
можно |
||||||
записать как |
|
|
|
|
|
|
|
б^вых (р) |
^ПОМ (Р) К„э (Р) ' |
|
\и П0м(/41К?°1' |
|
|||
= Ко I «пом 0 4 ) I -- Г/ |
■ ■• |
(6.48) |
0,8 |
|
|||
|
|
(Р + |
ос)" |
|
|
|
|
Учитывая операционное соответствие |
|
0,6 |
|
||||
|
|
,п—1 |
|
(6.49) |
|
|
|
( p + a f |
' |
(л— 1)! |
|
|
|
||
|
|
|
0,2 |
|
|||
находим оригинал |
реакции эквивалента |
|
|
||||
|
|
|
|||||
|
|
|
п—1 |
■е~ |
|
■О |
|
4ых О) = Ко | «пом (;4) I а ~~ |
|
|
|
||||
|
|
|
( л - 1 ) ! |
|
|
Рис. 6.4 |
|
|
|
|
|
(6.50) |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
где т = at — безразмерное |
время. Огибающую выходного напряже |
||||||
ния усилителя |
в |
соответствии с |
(6.27) |
получаем равной 2£/ВЫх (4 |
|||
Для однокаскадного усилителя из (6.50) получаем |
|
||||||
|
КВых (4 = |
Ко |мпом (/4 |
)|ае ~ г. |
(6.51) |
|||
Графики нормированных огибающих |
Ых (т)/К0| «пом (/©о) I «. |
||||||
построенные по формуле (6.50), приведены на рис. 6.4. Найдем соглас но (6.50) максимальное значение реакции НВЫх (т). Исследуя (6.50) на экстремум, легко установить, что функция максимальна при т = = п — 1. Подставляя это значение т в (6.50) и выражая коэффициент
затухания а через полосу |
пропускания |
(5.6) |
усилителя, |
получаем |
^вых макс = Ко |
J «ПОМ (/4)1 |
11 ^ |
(«Ь |
(6-52) |
209