Реферат: Видеоусилитель

- емкость нагрузки усилителя - пФ.

Введение

Усилитель – это устройство, увеличивающее мощность сигнала. Увеличение мощности происходит за счет преобразования энергии источника питания в сигнал на заданной частоте. Функцию преобразователя выполняет активный прибор, управляемый входным сигналом. Таким образом, в усилителе относительно маломощный входной сигнал управляет передачей большой мощности на частоте сигнала от источника питания в нагрузку, причем выходной сигнал является непрерывной функцией входного. Сам механизм преобразования энергии источника питания в энергию сигнала зависит от физической природы активного прибора.

Существует большое количество различных видов усилителей по активному прибору, в частности: на трех активных полюсных приборах, на активных двухполюсных приборах, усилители на ЛБВ и ЛОВ. В зависимости от вида усиливаемого сигнала различают усилители непрерывных и импульсных сигналов. Усилители импульсов, не имеющих высокочастотного заполнения (видеоимпульсов), обычно относятся к видео усилителям, или точнее говоря к видео импульсным усилителям. Усиление низкочастотных непрерывных и импульсных (как в нашем случае) сигналов осуществляется апериодическими импульсными усилителями.

Будем рассматривать апериодический усилитель с емкостной связью на трех активном полюсном приборе. Основным свойством апериодического усилителя является отсутствие ярко выраженных резонансных явлений. Нагрузкой этого усилителя, как правило, является резистор. Расчеты усилительных устройств, обычно, выполняются покаскадно с дальнейшим нахождением параметров многокаскадных усилителей. Эффективность усиления можно оценить по величине коэффициента усиления. Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности. Основным, обычно, считается коэффициент усиления по напряжению: , который далее будет именоваться просто коэффициентом усиления без индекса «U». Коэффициенты усиления являются комплексными величинами. Модуль коэффициента усиления определяет соотношение входной и выходной амплитуд, на данной частоте.

В качестве принципиальной схемы усилителя выберем схему, состоящую из N каскадов на однотипных, активных приборах с одинаковыми параметрами. В таком случае общий коэффициент усиления будет находиться как произведение коэффициентов усиления каждого из каскадов.

Выберем схему включения активного прибора:

1. Схема включения с общей базой (ОБ) обладает сравнительно малым, входным и большим выходным сопротивлением, но имеет малую зависимость параметров от температуры и более равномерную частотную характеристику. В схеме с ОБ достигаются максимальные значения коллекторного напряжения, что важно при использовании мощных транзисторов.

2. Схема включения с общим эмиттером (ОЭ) обладает наибольшим усилением по мощности, что уменьшает количество каскадов в схеме, но неравномерная частотная характеристика, большая зависимость параметров от температуры и меньшее максимальное коллекторное напряжение снижают преимущества этой схемы. Входные и выходные сопротивления усилителя на транзисторах, включенных в схему с ОЭ отличаются меньше, чем в схеме с ОБ, что облегчает построение многокаскадных усилителей.

3. Схема включения с общим коллектором (ОК) обладает большим входным и малым выходным сопротивлением. Это свойство находит применение в согласующих каскадах (эмиттерный повторитель). Частотная характеристика схожа с частотной характеристикой включения с ОЭ.

Как видно из приведенных выше характеристик различных включений, схема с ОЭ по большинству показателей занимает промежуточное положение между схемами ОБ и ОК. В то же время она обладает максимальным усилением по мощности и удобна в использовании в много каскадных усилителях. Именно по этому она считается наиболее универсальной.

Как следует из вышесказанного, в качестве схемы включения нашего активного прибора будем использовать схему с общим эмиттером.

Активными основными приборами современных усилительных устройств являются биполярные и полевые транзисторы. В качестве активного прибора будем использовать биполярный транзистор.

Расчет многокаскадного усилителя

Как правило, усилительные устройства являются многокаскадными, так как с помощью одного каскада обычно не удается обеспечить необходимое усиление. Основное усиление по напряжению обеспечивается в каскадах предварительного усиления. Из них обычно выделяют входной каскад, схема которого зависит от требований по сопряжению с источником сигнала, допустимому дрейфу нуля и т.п. Спецификой выходного каскада является обеспечение заданной мощности или амплитуды выходного сигнала, ограничения по допустимому уровню искажений, работа на низкоомную нагрузку и т.д. Предоконечный каскад также может иметь специфические особенности, связанные с условием работы выходного каскада, например, с требованием обеспечить на его входе значительную мощность сигнала.

При построении широкополосных усилителей на биполярных транзисторах основное внимание уделяют их частотным свойствам, позволяющим при заданном коэффициенте усиления одного каскада в области средних частот обеспечить требуемую верхнюю граничную частоту , а, следовательно, и площадь усилителя одного каскада

. (1.1)

Если многокаскадный усилитель с верхней граничной частотой содержит одинаковых каскадов, а искажения на верхних частотах распределены между каскадами равномерно, то связь между и устанавливается соотношением

, (1.2)

где - функция, учитывающая уменьшение с ростом числа каскадов.

Если отдельные однотипные каскады развязаны между собой по постоянному току, что приводит к искажения в области нижних частот, то нижняя граничная частота одного каскада связана с всего усилителя соотношением

. (1.3)

Общий коэффициент усиления N- каскадного усилителя с учетом (1.1) и (1.2)

. (1.4)

Максимальная площадь усиления дифференциального каскада или каскада с общим эмиттером на биполярном транзисторе может быть оценена по формуле

, (1.5)

где высокочастотный параметр определяется паспортными параметрами транзистора.

Если заданы и , то, используя выражение (1.4) и ориентируясь на максимальную площадь усилителя , можно оценить необходимое количество каскадов усилителя, подобрав , удовлетворяющее условию:

. (1.6)

Полутора кратный запас по усилению учитывает, в частности, потери сигнала во входной цепи усилителя. Коэффициент следует брать - для простейших резистивных каскадов; - для случая применения во всех каскадах высокочастотной коррекции. Последнее позволяет ослабить требования к частотным свойствам транзистора и обеспечить необходимый коэффициент усиления и заданную полосу пропускания меньшим числом каскадов.

В импульсных усилителях основное внимание уделяется переходным искажениям, в частности, времени установления усилителя . Для усилителя из однотипных каскадов связано с требуемым временем установления каждого из каскадов соотношением

. (1.7)

Формула (1.7) справедлива, если величина относительного выброса на один каскад не превышает критического .

Поскольку усилитель обычно содержит один или несколько одинаковых предварительных каскадов, а также выходной каскад и входную цепь с временем установления соответственно и , то общее время установления .

Величина общего относительного скалывания и времени запаздывания N -каскадного усилителя определяется соответствующими параметрами каждого каскада и оценивается по формуле

; . (1.8)

Расчет апериодических и импульсных усилителей