ные е мкости корректирующих катушек. Особенно сильно уменьшает эффективность коррекции паразитная емкость катушки Ll, так как она оказывает-

Рис. 6.14. Усилительный каскад с трансформаторной коррекцией

-<- Рис. 6.13. Усилительные каскады с основной (а) и зеркальной (б) автотрансформаторной коррекцией

Таблица 6.3. Коэффициенты коррекции и параметры переходной характеристики для основной автотрансформаторной коррекции

ся включенной параллельно Сен. Более близкий к расчетному выигрыш дает трансформаторная схема коррекции (рнс. 6.14), в которой индуктивность Ll

гоЧ>5о

Рис. 6.15. Принципиальная схема двухкаскадного усилителя со сложной коррекцией

Рис. 6.16. Осциллограммы входных (луч /) и выходных импульсов при С = 0 (луч 2), С =20 пФ (луч 3]

перенесена к зажиму t/n и ее паразитная емкость отделена от Сси резистором /?с- Таким образом, сочетание известных из ламповой техники методов коррекции широкополосных и импульсных усилителей с применением высокодобротных мощных ПТ позволяет строить высокоскоростные усилители. Причем наибольший выигрыш при применении коррекции получается при емкостной и активно-емкостной нагрузках усилителя.

В [114] рассмотрена схема двухкаскадного усилителя, предназначенного для усиления импульсов отрицательной полярности (рис. 6.15). Оба каскада выполнены по схеме со сложной автотрансформаторной коррекцией. При работе на активную нагрузку /?я=150 Ом усилитель имеет <ф = 1 не, а при работе на емкостную Сн=10. ..20 пФ величина <ф возрастает до 4.. .7 ис. Амплитуда выходных импульсов достигает 40.. .50 В, коэффициент усиления /Со=33. В этой схеме Ll и L2 выполнялись в виде одной катушки с отводом и содержали 12 и 7 витков монтажного провода диаметром (in=0,4 мм, намотанного на сердечник диаметром dc=4 мм. Настройка коррекции осуществляется сближением или раз движением витков Ll н L2, а также самих катушек. Осциллограммы входного и выходных импульсов, полученные при разных емкостях нагрузки, представлены на рис. 6.16.

6.4. Каскодные усилители

Для полученияв нагрузке импульсов с амплитудой, превышающей максимально допустимое напряжение применяемых ПТ, можно использовать каскодные схемы усилителей (рис. 6.17), состоящие либо из последовательно включенных ПТ (усилитель общий исток - общий затвор), либо из последовательно включенных полевого и биполярного транзисторов (усилитель общий исток -общая база) [116, 117].

Каскодный усилитель (рис. 6.17, а) позволяет получать большие уровни

-о Вых

I-оВмх

Рис. 6.17. Каскодные схемы усилителей на мощных полевых транзисторах

выходных напряжений при высоком быстродействии за счет следующих свойств:

нижний транзистор каскода работает на низкоомное входное сопротивление верхнего транзистора с общим затвором, что значительно ослабляет отрицательную обратную связь через проходную емкость нижнего транзистора;

входная емкость каскода уменьшается примерно на величину К.уС где K.u - коэффициент усиления каскада; Сзс - проходная емкость ПТ;

возникает транзисторный реэонаис выходной емкости нижнего транзистора и входной индуктивности верхнего транзистора, эффективно корректирующий высокочастотные характеристики каскода;

возрастают предельно допустимое напряжение на стоке верхнего транзистора и, как следствие, амплитуда выходного напряжения.

в схеме каскодиого усилителя (рис. 6.17,6) биполярный транзистор включен по схеме с общей базой. Поэтому динамические свойства биполярного транзистора характеризуются постоянной времени Та, которая значительно меньше Тр; предельное напряжение на коллекторе может выбираться как в схеме с общей базой, т. е. в 1,5.. .2 раза больше, чем в схеме с общим эмиттером; управление биполярным транзистором по эмиттеру устраняет локализацию тока эмиттера, присущую схеме с общим эмиттером, и резко уменьшает вероятность вторичного пробоя; биполярный транзистор работает в режиме генерации тока, и кратковременное короткое замыкание нагрузки не выводит каскод из строя.

Рассмотрим схему каскодиого усилителя с фиксированным напряжением иа затворе верхнего транзистора VT2. Напряжение Ua следует выбирать из условий (в скобках даны номера транзисторов)

где предельно допустимое напряжение между затвором и истоком

транзистора VT2; (/-остаточное напряжение открытого транзистора

VTI; предельно допустимое напряжение между затвором и стоком

транзистора VT2.

Для ориентировочной оценки возможностей каскода в области средних частот можно определить следующие параметры: коэффициент усиления по напряжению

(6.6)

выходное сопротивление

Лв ых -Rcy

входную емкость

Свх С<>+С ) (i+sj)/s<2)).

характеристика в

(6.7) (6.8)

где So<>, So<> - крутизна соответственно нижнего и верхнего транзисторов.

С учетом того, что нижний транзистор VT\ натружен на низкоомное входное сопротивление VT2 (/?вх<=> 1/5<2)), переходная ) операторной форме приобретает вид

Р-0+pJo+px.y (6-9)

где т1=/?гСв1 >; Т2=РсСвых<> - постоянные времени входной и выходной цепей характеризующие каскод в области малых времен. В монотонном режиме (т<0,25) длительность фронта переходной характеристики

<ф=2.2тэкв Vl -2m=2.2 (т. + т) УГ й2(т. + т). (6.10)

Если в схеме усилителя нежелательно использовать два источника напряжения, то можно применять схему рис. 6.17, е. Особенностью такого усилителя является наличие параллельной отрицательной обратной связи по напряжению, осуществляемой через частотно-компенсированный делитель тех, R2C2 00 стока транзистора VT2 иа его затвор.

Это обеспечивает автоматическое равенство падений напряжения на обоих транзисторах и почти удваивает (при заданном предельно допустимом напряжении LtHnaKc) предельную амплитуду выходных импульсов по сравнению с элементарным каскадом с общим истоком. Частотная компенсация делителя достигается при выполнении условия

где Свх-входная емкость транзистора VT2. Однако делитель увеличивает общую выходную емкость каскада иа величину

Сд=[с. {Сг + сЦЩСг + Сг + сЦУ.

что, в свою очередь, увеличивает постоянную времени выходной цепи и снижает быстродействие усилителя. При этом т2 = Рс(Свых+Сд).

Для каскодиого усилителя с биполярным транзистором (рис. 6.17,5) выражения (6.6)-(6.10) также оказываются справедливыми. Постоянная времени входной и выходной цепей в области малых времен могут быть найдены из следующих выражений: т1 = РгСвх<; т2 = та+СкЛс, где Та - постоянная времени коэффициента передачи биполярного транзистора в схеме с обшей базой; Ск - емкость коллекторного перехода биполярного транзистора.

На рис. 6.18 показана схема каскодиого усилителя, предиазиачеииого для усиления входных импульсов положительной полярности. Для уменьше-

Рис. 6.18 Принципиальная Рис. 6.19. Принципиальная схема двухкас-схема каскодиого усилителя кадиого усилителя с автотрансформаторной

коррекцией

иия постоянной времени входной цепи каскода ои подключен к источнику входных сигналов через развязывающий истоковый повторительс весьма малым выходным сопротивлением (Лвых = 1/5 = 5 Ом). При Сн=0 емя фронта переходной характеристики ф 1 ис, а коэффициент усиления Ки - = 10 [124]. , ,

На рис. 6.19 представлена схема двухкаскадиого усилителя с коэффициентом усиления /Ct/ 40 и максимальной амплитудой выходных импульсов порядка 60 В. Для улучшения динамических характеристик этого усилителя оконечный каскод и предварительный каскад с общим истоком имеют автотрансформаторную коррекцию, позволяющую уменьшить в 3. .4 раза. Описанные усилители могут использоваться и для усиления гармонических сигналов в широкой полосе частот.

При уменьшении сопротивлений нагрузочных резисторов до 15...2UUM описанные усилители иа ПТ с горизонтальным каналом способны развивать на выходе импульсы тока амплитудой до 2 А. При необходимости одновременного получения в нагрузке импульсов с большим током и высоким напряжением можно использовать каскодные схемы с применением мощных биполярных и параллельно включенных ПТ с вертикальной структурой.

На рис. 6 20 [125] представлена схема такого усилителя с токовым выходом, позволяющая получать в низкоомиой нагрузке Rh = 3 Ом импульсы тока амплитудой порядка 30 А при длительности фронта выходного сигнала меньше 10 ис. Осциллограмма, иллюстрирующая работу данного устройства, представлена иа рис. 6.21.

Рис. 6.20. Принципиальная схема усилителя Рис. 6.21. Осциллограммы импульсов напряжения (луч /) и тока (луч 2) в нагрузке для схемы рис. 6 20

В [1261 описан высокочастотный усилитель с применением последовательного включения ПТ и электронной лампы. Высоковольтный усилитель (рис. 6.22) собран на металлокерамической лампе ГИ-12Б и полевом транзи-

0*3 и В

оВи/х

Зи */00В

Ж ДВ!7В

Рис. 6.22. Принципиальная схема высоковольтного усилителя иа полевом транзисторе н электронной лампе

цию зашиты ПТ от перенапряжений сток- сток в момент заиирания и отпирания лампы. В таком усилителе были получены импульсы с амплитудой до 3 кВ и со скоростью нарастания 5 кВ/мкс.

сторе КП901А. Нагрузкой усилительного каскада иа транзисторе VT\ является промежу. ток катод-сетка ла.мпы Л1, включенной по схеме с общей сеткой. Подача положительного импульса на сетку лампы позволяет скомпенсиравать падение напряжения на активном сопротивлении канала открытого транзистора VT\ и сдвинуть вправо рабочую точ. ку усилителя с целью увеличения амплитуды сигнала на выходе. Лампа в исходном состоянии заперта поданным иа катод положительным напряжением с параметрического стабилизатора VDi. Стабилитрон VDZ совместно с дкодом VD2 выполняют также функ-

6.5. Усилители с распределенным усилением

При проектировании усилителей ианосекундного диапазона основной проблемой является расширение полосы пропускания и уменьшение времени нарастания их переходной характеристики. Это достигается прежде всего применением высокодобротных усилительных элементов. Напомним, что добротность ПТ Q = 5/2,2(C3 --C3c-fСси), где S -крутизна; Сз , Сзс, Сси - междуэлектродные емкости.

При усилении импульсов с очень короткими фронтами оказывается, что добротность современных ПТ уже недостаточна для получения в усилителе коэффициента усиления К>\. Попытка же непосредственного включения

ПТ в параллель не приводит к увеличению добротности, так как с увеличением S происходит и увеличение суммарных паразитных емкостей.

Чтобы исключить непосредственное сложение емкостей приборов, между ними необходимо включать специальные передающие линии (линии задержки), которые бы отделяли эти емкости друг от друга. Усилители, реализующие это условие, получили название усилители с распределенным усилением (УРУ) [115].

В УРУ происходит сложение коэффициентов усиления отдельных приборов. Поэто.му принципиально (при любой полосе частот) можно получить результирующий коэффициент усиления больше единицы, даже если коэффициенты усиления приборов меньше единицы. В УРУ емкости приборов становятся неотъемлемой частью передающих линий и не суммируются, как это имеет место в обычных каскадах. Передающие линии реализуются на фильтрах нижних частот типа К или М, на отрезках высокочастотного кабеля, а также иа микрополосковых линиях задержки.

Рассмотри.м принцип работы УРУ на примере каскада с фильтрами нижних частот типа К (рис 6.23). В этой схеме входные и выходные ем-

Рис. 6.23. Усилитель с распределенным усилением с фильтрами нижних частот типа К

кости полевых транзисторов Сх, Свых разделены между собой нндуктив-ностями и Lbhx и образуют две передающие линии. Волновые сопротивления передающих линий и время задержки иа звено определяются по формулам

x- V /зхв

1 / вых

к- у -

зовых-

выхвых-

При подаче входного сигнала по входной линии распространяется волна напряжения Увх = Уг2вх/(/?г-1-2вх), которая с задержкой зовх передается от одного транзистора к другому. Для согласования входной линии на ее конце включается согласующий резистор R\ с сопротивлением, равным волновому сопротивлению Zbx, и согласующее полузвено Прн этом в выходной передающей линии возбуждаются по две волны тока амплитудой /с = 5(/вх/2 от каждого транзистора, одна из которых распространяется влево и поглощается согласующим резистором Л2 = 2вых, а вторая достигает выхода.

Прн равенстве < овх = <зовыт происходит суммирование волн тока, распространяющихся в выходной линии в прямом направлении. При паралллель-ном включении п-полевых транзисторов на выходе УРУ появляется волна тока амплитудой п5Увх/2. Если выходная линия на выходе разомкнута, то волна тока, отражаясь с изменением фазы, вызывает удвоение волны напря-