Рис. 3.6. Эквивалентные схемы для случая передачи импульса усилителем.

Пользуясь понятием об эквивалентном генераторе, работу усилителя можно описать иначе. Представим себе, что емкости w. i отсутствуют. Тогда в момент подачи импульса как анодный ток так и ток через нагрузку мгновенно изменяются на величину A/j, т. е. до установившегося значения при = +00, а потенциал анода изменяется на величину Аед = Ивх , т. е. до значения №. Однако из-за емкостей С и С потенциал анода в мо-мент = - 0 не изменяется. Под действием эквивалентной эдс, равной Де, начинает проходить ток гц, который разветвляется между сопротивлением R, и сопротивлением R на два тока г, и i. (Рнс. 3.6, а):

(3.34)

дц, д/о = Мц. Кривые изменения всех токов-экспоненты с постоянной Тд.

Площадь криволинейного треугольника MNP на рис. 3.5, в пропорциональна заряду, накопившемуся в емкости Сд за время передачи фронта импульса.

В случае подачи отрицательного входного импульса анодный ток скачком уменьшается, ток через сопротивление /?д в момент = --() остается неизменным, избыток этого тока является выходным током, заряжающим емкость в направлении, противоположном указанному на рисунке. Такова физическая картина изменения потенциалов, токов н зарядов в каскаде при передаче фронта импульса.

76 УСИЛИТЕЛИ с ЕМКОСТНОЙ связью [гл. 3

Выходное напряжение экспоненциально нарастает до значения Ae:

°° t

вых i.dt = Ае (1 -е ). (3.35)

Этой формуле соответствует рис. 3.6, б.

Передача вершины импульса. Нарастание фронта импульса в схеме на рис. 3.5 произошло при выбранных параметрах схемы в основном в течение времени = ЗТд = 0,3 мксек. Посмотрим, что происходит с выходным напряжением (рис. 3.5, г) в течение времени в несколько десятков миллисекунд, положив для определенности Тр=10 мсек. В масштабе времени, принятом на рис. 3.5, д и 3.5, е, длительность фронта в 0,3 мксек укладывается в тол-ш,ину линии, поэтому фронты на рисунке выглядят бесконечно крутыми.

После перезарядки емкости С , т. е. по истечении времени t 0,3 мксек, на сопротивлении существует разность потенциалов, равная величине Ug= Ае. Вследствие этого через сопротивление R протекает выходной ток, начальная величина которого равна UgJR. Пользуясь понятием об эквивалентном генераторе, можно сказать, что ток i разветвляется на токи г, и г, (рис. 3.6, в), которые накладываются на ток Если полагать, что /вых*/? то можно принять гвыхвых = О и Ид = const. Это отражено на рис. 3.5, д и принято на рис. 3.6, г.

Выходной ток, протекая через конденсатор в течение долгого времени (миллисекунды), уменьшает заряд и разность потенциалов на конденсаторе. Из-за этого Ugx (потенциал точки с) повышается, стремясь к нулю по экспоненте:

Ивых=Д а

Полагать, что потенциал анода не изменяется, можно только в том случае, когда потенциал катода неизменен в течение всего времени передачи вершины импульса. Последнее условие выполняется, если С = оо или если по крайней мере емкость достаточно велика. Часто это не так и заряд конденсатора заметно изменяется вследствие протекания тока Ai. В нашем примере потенциал катода увеличивается, как показано на рис. 3.5, д пунктирной линией и*. В связи с этим происходит уменьшение анодного тока (кривая la) и увеличение потенциала анода (кривая и*). Выходное напряжение Ивых* Р к быстрее стремится к нулю, чем при С = оо, и может даже перейти через нуль. Процесс искажения вер-ц:ииы импульса конденсатором рассмотрен в § 3.7.

--г- . (3.36)

5 + pt -b

D 1 I ВЫХ I

Преобразуя (3.36), получим: где ftj и - корни знаменателя:

Изображению (3.37) соответствует оригинал - переходная характеристика k(t):

Чтобы получить зависимость выходного напряжения от времени при вх=[11Ц,х, достаточно умножить переходную характеристику на коэффициент усиления К и на величину скачка входного напряжения

Ивь,х(0==Й(0/овх.

Расчет переходной характеристики. Форма переходной характеристики усилителя k{t), представленная на рис. 3.5, б и 3.5, д отдельно для фронта и отдельно для вершины импульса, получена в предположении, что /?вь,х<с и С <С.

Определим переходную характеристику для более общего случая произвольных соотношений между выходным сопротивлением и сопротивлением нагрузки, воспользовавшись операторным методом (см. Приложение 1). Вследствие того, что проводимости конденсаторов в операторной форме имеют вид рС, можно использовать выражение (3.7), заменяя усо на р, и получить операторный относительный коэффициент усиления, или, иначе говоря, изображение переходной характеристики: