Усилительный тракт с фазовой коррекцией

 

Класс 21а, 18, С CCP № 69061

С. В. Персон усилительный тракт с фазовой коррекцией

Заявлено 4 октября 1945 года в Народный комиссариат электропромышленности СССР за № 1047 (340866) Опубликовано 31 августа 1947 года

В усилителях, каскады которых связаны между собой с помощью пассивных четырехполюсников, фазовые сдвиги по частоте нарастают от каскада к каскаду поскольку частотнофазовые характеристики обычно имеют отрицательную производную по частоте, обусловливая положительные сдвиги фаз в области низких частот и отрицательные в области высоких (фиг. 1). Это затрудняет коррекцию усилителей и черезвычайно осложняет применение глубокой противосвязи.

В предлагаемом усилителе отмеченный недостаток не имеет места, ввиду введения промежуточного каскада, охваченного глубокой противосвязью, напряжение которой проходит через звено, имеющее нормальную частотно-фазовую характеристику с отрицательной производной по частоте.

Указанная особенность предлагаемого усилителя и составляет сущность настоящего изобретения, поясня ему ю нижеследующим описанием и фиг. 2 — 11.

На фиг. 2 представлена обычная схема усилительного каскада, охваченного глубокой противосвязью. Если комплексные значения коэфициента усиления каскада без обратной связи и коэфициента обратной связи записать в виде К e "" и, соответственно 1 P . ej", то коэфициент усиления каскада с обратной связью будет. вых в вх

1 — KP e(к (P).е

Из этого выражения следует, что сдвиг между выходным и входным напряжениями каскада с сильной отрицательной обратной связью почти равен сдвигу фаз, вносимому цепью обратной связи, и противоположен ему по знаку.

Поэтому, если включить усилительный каскад, выполненный по схеме фиг. 2, в тракт, частотно-фазовую характеристику которого необходимо скомпенсировать, то придавая цепи р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М 690б1 нормальную фазовую характеристику с отрицательной производной по частоте (фиг. Iа), можно получить частотно-фазовую характеристику каскада с положительной производной по частоте (фиг. 1Ь), которая может быть широко использована для целей коррекции и стабилизации.

Однако основным условием стабильности подобного корректора будет соблюдение критерия, что диаграмма в полярных координатах, выражающая зависимость вектора Кф от частоты (фиг. 3), не должна охватывать точки и соответственно

g.p = — 1 (2)

Это условие накладывает известное ограничение на величину предельного компенсационного сдвига, который будет лежать между 90 и

180 . Если требуется больший компенсационный угол, то надлежит установить несколько таких каскадов последовательно.

Изложенный способ может быть широко использован для компенсации фазовых искажений там, где это требуется, например, в телеграфных и даже в телевизионных установках, но особенно эффективным его применение должно оказаться при стабилизации усилительных трактов с большими фазовыми сдвигами, охваченных глубокой противосвязью.

Скелетная схема предлагаемого тракта с глубокой противосвязью представлена на фиг. 4. Здесь К— основной тракт усиления, на выходе которого ставится фильтрующее звено, значительно ослабляющее ультразвуковые гармоники искажений на выходе мощного каскада и позволяющее ограничить ширину частот вероятной генерации 2,5 — 3-кратной к ширине полезного спектра.

Противосвязь целесообразно брать с выхода фильтрующего звена, что сократит спектр частот, охваченный эффективной противосвязью благодаря быстрому их ослаблению и полностью разгрузит тракт предварительного усиления от весьма вредной дополнительной нагрузки ультразвуковыми гармониками, отсутствующими на выходе. Правда, одновременно должно иметь место быстрое нарастание отрицательных фазовых сдвигов, однако, поскольку для полосы частот возможной генерации их предельная величина точно известна, они могут быть легко скомпенсированы рассматриваемым способом.

Далее на фиг. 4 в тракт дополнительного усиления вводятся дополнительные каскады ФК охваченные индивидуальной глубокой противосвязью в соответствии с фиг. 2 и используемые в качестве фазокомпенсаторов. Число их определяется предельным сдвигом фаз Ф в полосе вероятной генерации основного тракта (т. е. на частотах, где К Р основного тракта больше 1) и может быть определено как

Ф вЂ” 180

n „= „(3) где у — предельный фазокомпенсационный угол каждого каскада, Число таких каскадов, устанавливаемых на низком уровне усиления, обычно состоит от одного до трех и не может сколько-нибудь существенно увеличить стоимость усилителя.

Переходя к конкретным формам выполнения предлагаемых фазокомпенсаторов, следует указать, что напряжение индивидуальной противосвязи может быть подано либо в разрыв входного трансформатора, чтобы не воздействовать на входное напряжение, либо непосредственно, как это показано на фиг. 5. В последнем случае для источника входного напряжения U,, переходное сопротивление представит входную нагрузку что не может внести существенно отрицательный эффект, так как входное сопротивление R, хотя и значительно уменьшится по величине, однако будет иметь компенсационную фазу, причем может быть выбрано сколь угодно большим.

В качестве фазовращателей в Р-цепи могут быть использованы:

1. Фильтры низкой частоты Г- и № 69061

П-образного типов (фиг. ба и б) для фазокомпенсации на высоких частотах и фильтры высокой частоты таких же типов для фазокомпенсации на низких частотах {фиг. 6в и г). Первые могут дать компенсационный угол до 65 — 70 при весьма малых частотных искажениях вплоть до углов в 50", вторые могут обеспечить вдвое большие компенсационные углы, однако при использовании возможна генерация, так как предельный фазовый угол K- P при этом равен

270. Таким образом, их необходимо применять .совместно с фазокомпенсаторами и ограничителями в тракте

К (фиг. 7).

В значительной степени уменьшает опасность генерации М-образный фильтр (напр. фиг. бд), поскольку здесь она возможна лишь в узком спектре частот. Представляет интерес схема, применяющая рационально спроектированный трансформатор, выполняющий одновременно функции фильтра высоких и низких частот (фиг. 7).

2. Выравнивающие амплитудные" контуры с постоянным входным сопротивлением (напр. фиг. 8). Эти схемы могут дать предельные компенсационные сдвиги порядка 120 без генерации.

Общим недостатком четырехполюсников для Р-цепи, рекомендованных в пп. 1 и 2, является увеличение коэфициента усиления фазокомпенсационного каскада на границе и за пределами компенсационной полосы частот, что обусловливает необходимость применения частотно-амплитудных ограничителей в тракте усиления, обычно несколько ухудшающий фазовую характеристику тракта.

3. Ввиду указанного особый интерес представляет применение в цепи противосвязи фазовращателей с постоянными входным сопротивлением и выходным напряжением (так называемых фазовых контуров).

Последние известны в виде скрещенных (мостовых) цепей и в таком виде наиболее удобно применимы к двухтактной схеме (напр. фиг. 9) и

Т-образных мостовых цепей (с вывернутыми по фазе обмотками трансформатора Т), наиболее удобных в однотактной схеме {фиг. 10). Основным свойством фазовых контуров, приведенных на фиг. 9 и 10, является предельный сдвиг 180, монотонно нарастающий в пределах всего спектра частот. Совершенно естественно, что при указанном предельном сдвиге неизбежна генерация, поэтому они должны быть применены совместно с ограничителями и фазокомпенсаторами, включенными в тракт К.

В частности, схемы, приведенные на фиг. 9 и 10, могут дать весьма высокий компенсационный эффект, если подобрать параметры амплитудного ограничителя r, C и фазокомпенсатора r„, C„r„C, в тракте К так, чтобы диаграмма К. р фазокомпенсатора удовлетворяла бы фиг. 3, причем предельный сдвиг Р-цепи достиг бы почти 180 в полосе компенсируемых частот, а цепи в тракте К обусловили бы фазокомпенсационный и ограничительный эффект.

4, Наконец, некоторый интерес представляют простые схемы фазокомпенсатора фиг. 11а и llб, сходные по частотным характеристикам с фазокомпенсаторами, применявшимися ранее.

Эта схема позволяет обратить любой каскад усиления в фазокомпенсатор, причем в случае применения пентодов коэфициент усиления его будет порядка 6 — 10, т. е. в пределах нормального.

Предмет изобретения

1. Усилительный тракт с фазовой коррекцией, отличающийся введением промежуточного каскада, охваченного глубокой противосвязью, напряжение которой проходит через звено, имеющее нормальную частотно-фазовую характеристику с отрицательной производной по частоте.

2. Применение устройства по п. для коррекции частотных характеристик любого тракта по методу обратных искажений.