ГЛАВА 9 ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

В этой главе будут рассмотрены усилители, специально предназначенные для усиления импульсов различной формы. В предыдущие главах мы видели, что любой усилитель в принципе может усиливать как синусоидальные, так и импульсные сигналы. Задача усиления импульсов имеет, однако, свои специфические особенности, которые оправдывают специализацию усилителей, приспособление их для наиболее эффективного усиления импульсов того или иного вида.

В современной науке и технике используются импульсы, диапазон длительностей которых все более и более расширяется: от секунд до десятых долей наносекунды. Чтобы обеспечить правильную передачу вершин и фронтов импульсов, необходимо всемерное улучшение переходной характеристики или расширение полосы частот, пропускаемых усилителем. Следовательно, импульсный усилитель, как правило, должен быть широкополосным.

Однако требование широкополосности в большинстве случаев недостаточно для правильной работы импульсного усилителя. Нередко требуется еще устранить смещение нулевой линии (т. е. изменение постоянной составляющей напряжения или тока при усилении частых однополярных импульсов), укоротить усиливаемые импульсы при сохранении их амплитуды и т. п. Таким образом, термин дшроко-полосный усилитель более узок, чем термин импульсный усилитель .

Под широкополосными усилителями понимали главным образом видеоусилители, появившиеся в 30-х годах в связи с развитием техники телевидения. Несмотря на то, что эти усилители предназначены для усиления импульсов, их исследовали частотными методами, поскольку в те годы операторный метод был недостаточно развит, а аппаратуры для экспериментального определения переходных характеристик практически не было. В наше время оба эти ограничения устранены, а количество областей науки и техники, в которых встает задача усиления импульсов, значительно увеличилось. К их числу, помимо телевидения, относятся вычислительная техника, ядерная физика, радиолокация, автоматика и другие. Поэтому операторный метод будет основным методом анализа в этой главе.

. -fл Щ ИМПУЛЬСНЫЕ усилители 289

Улучшение переходных и частотных характеристик простых усилителей, описанных в предыдущих главах, требует уменьшения постоянной времени анодной цепи и увеличения постоянных времени цепей связи и смещения. Однако таким путем не всегда удается обеспечить допустимые линейные искажения. Уменьшение постоянной времени ламп наталкивается на конструктивные трудности, хотя вэтой области имеются и несомненные успехи *). Уменьшение анодных нагрузок, а также введение отрицательной обратной связи уменьшают постоянную времени анодной цепи, но одновременно снижают усиление.

Увеличение постоянных времени цепей связи и смещения также имеет естественный предел. Конденсаторы связи с большой емкостью имеют значительную утечку; через сопротивление утечки положительный потенциал с анода частично передается на сетку следующего каскада и меняет его режим; кроме того, такие конденсаторы имеют заметную емкость на шасси и собственную индуктивность, что ухудшает высокочастотные свойства усилителя. Большие сопротивления утечки сетки препятствуют стеканию заряда, накапливающегося на сетке (особенно у ламп с большой крутизной), что отражается на режиме каскада. При трансформаторной связи увеличение индуктивности обмоток сопровождается ростом индуктивности рассеяния и межвитковой емкости, которые ухудшают высокочастотные свойства.

Не всегда применимо и радикальное решение для устранения искажений вершины-усилители с гальваническими межкаскадными связями, так как их схемы и источники питания более сложны, чем в реостатно-емкостных усилителях. Кроме того, им свойствен дрейф рабочей точки,

В тех случаях, когда подбором параметров деталей не удается сочетать необходимое усиление с приемлемыми линейными искажениями, приходится прибегать к коррекции простых усилителей. Коррекцию осуществляют с помощью дополнительных корректирующих элементов. При импульсном сигнале различают коррекцию искажений вершины и коррекцию искажений фронта импульса. При этом подразумевается прямоугольный импульс, который является пробным камнем для анализа переходных процессов. При гармоническом сигнале различают коррекцию низших и высших частот. Схемы коррекции при обеих формах сигнала имеют один и тот же вид, но величины корректирующих элементов обычно различны.

*) В настоящее время имеются пентоды типа бЖПП, 6Э5П и триоды СЗП, 6С15П, имеющие крутизну 20 Maje и более, а также лампы с внутренним умножением тока (и, следовательно, с повышенной крутизной) за счет вторичной эмиссии. У тех и других постоянная времени в несколько раз меньше, чем у прежних типов (6П9, бЖШ, 6Ж5П и др.).

0 К. Э. эрглис. И. П. е-гепаненко

§ 9.1. Коррекция искажений вершины импульса

Будем для простоты считать, что искажения плоской вершины обусловлены одной переходной цепочкой С-R. Если на ее вход подана ступенька напряжения, то относительный операторный коэффициент передачи имеет вид

k{p) =-V- i--CR).

Выходное напряжение соответственно представляет собой единичный скачок, сопровождаемый экспоненциальным спадом. Для того чтобы спада не было, т. е. чтобы входная ступенька передавалась без искажений, напряжение на входе цепочки после начального скачка должно возрастать линейно. В самом деле,

вых{р) = Ивх(р)-&(р); если требуется иметь иыхХ (t), то должно быть;

Этому изображению соответствует линейная функция

Ивх(0 = 1+4.

Таким образом, общая идея коррекции вершины заключается в том, чтобы после подачи ступенчатого сигнала потенциал в некоторой точке схемы (чаще всего на аноде лампы) изменялся со скоростью, определяемой начальной скоростью спада в отсутствие коррекции. Ниже мы проиллюстрируем эту идею на ряде конкретных примеров.

Коррекция анодным фильтром. На рис. 9.1, а показана принципиальная схема каскада с корректирующим анодным /?С-фильтром. Внешне этот фильтр напоминает развязывающий (рис. 5.20). Однако в отличие от развязки , где емкость Сф выбирается как можно больше, здесь она должна иметь определенную величину, соответствующую условию коррекции.

Согласно общей идее коррекции, анодный фильтр Rф - Сф обеспечивает необходимое изменение потенциала на аноде, правда, не с постоянной, а с убывающей скоростью. Поэтому коррекция получается только в ограниченном интервале времени, который, однако, может быть достаточным для передачи импульсов заданной длительности.

Пусть искажения вершины обусловлены только переходной цепочкой -R (см. эквивалентную схему на рис. 9.1,6). Тогда при подаче на вход отрицательной единичной ступеньки в схеме