Способ коррекции сложных схем

Способ коррекции сложных схем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 21a, 29„, СССР 6З797

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегиетрироеано е Бюро изобретений Гое

Ь ig„, Г. В. Брауде

Способ коррекции сложных схем

Заявлено 15 мая 1940 г. в Наркомэлектропрок1 эа ¹ 35731 (303048)

Опубликовано 30 июня 1944 гола

Предметом изобретения является способ коррекции частотных и фазовых характеристик реостатного усилительного каскада. Искажения этих характеристик, вызываемые шунтирующим влиянием емкости анод-катод предыдущей лампы и входной емкости следующей лампы, корректируются, согласно изобретению, введением между указанными емкостями, называемыми обычно частичными, некоторой сложной электрической схемы, состоящей из комбинации активных и реактивных сопротивлений. При этом выбор и соотношение параметров полученной таким образом сложной электрической схемы подчинены такому условию, чтобы частотная и фазовая характеристики этой схемы были наиболее близки к линейным.

Сущность изобретения состоит в том, что число параметров схемы выбирается на единицу больше числа параметров, которые могут быть связаны условием коррекции, с тем, чтооы отношение частичных емкостей входило бы как произвольный параметр. При этом, в слу чае, когда условия коррекции частотной характеристики приводят к неудовлетворительной фазо вой характеристике, значения параметров схемы выбирают, исходя из компромиссного решения с точки зрения приближения к линейности обеих характеристик.

Приведенные ниже математические выкладки и фиг. 1 — 20 чертежа поясняют сущность изобретения более детально.

Изображенная на фиг. 1 схема является универсальной с точки эрепия получения полной коррекции характеристик, а схемы, изображенные на фиг. 2 — 20, являются ее вариантами, дающими возможность высококачественной коррекции емкостей. При этом в схеме, изображенной на фиг. 1, частичная емкость

С представляет собой емкость анод-катод усилительной лампы, а частичная емкость С. — входную емкость, т. е. емкость сетка-катод, последующей усилительной лампы.

Основным сопротивлением, определяющим начальный коэфициент усиления в этой схеме, является сопро THBëåíHå R. Корректирующую индуктивность L, вкгпоченную последовательно с основным сопротивлением, назовем основной корректирующей инду ктивностью, корректирующую индуктивность Ll, вкгпо№ 63797

Условие равенства ну|но ряда коэфициентов разложения в ряд

Тейлора по частоте при частоте. равной нул|о, означает равенство друг другу коэфициентов числителя и знаменателя, стоящих при одина- ковых степенях в выражении (1),,т. е. равенства: Ь1 = à, b» = О, b3= 0.

После того как параметры

К, К|, m и гп. схемы подобраны так, что эти условия удовлетворены, т. е. значения этих параметров найдены из совместного решения уравнений Ь! — — а, Ь ==О, b,-=-0, относительный коэфициент усиления уже скорректированной схемы выражается в виде:

1 —, аале

N- = — - — —, (2)

1 + а Ь - + bq As где коэфициент а при Ь - имеет вид а = К-", а коэфициент b при имеет вид b = (КК1 + ККя -|+ KiK )"- Х- (1 — Х)- .

Относительный коэфициент уси- ления скорректированной универсальной схемы во всем диапазоне Х от О до 1 имеет таким образом вид: (1 — К2Ь -) (1 — К - Ь - ) 1+К"-.1:- + (КК, - КК., -- К, К.,| Х (1 — Xj - 3

Величина h4 коэфициента при в выражении для скорректированной схемы характеризует качество коррекции схемы. Чем меньше этот к о эфициент, тем высококачественнее даваемая схемой коррекция.

Параметры скорректированной схемы связаны, как мы видим, тремя уравнениями b> — — а; Ь = О, Ьз =- О. Мы можем связать этими уравнениями- три параметра схемы, в то время как универсальная схема обладает шестью параметрами, не считая произвольного параметра

Х вЂ” отношения частичных емкостей схемы. Мы имеем таким образом еще два произвольных параметра.

Лнализ универсальной схемы показал, что эти два произволы|ых параметра мог ут быть сделаны равными нулю без ущерба для каче=Тра коррекции схемы в основной части диапазона X (отношения частичных емкостей); при этом, в зависимости от того, какие из параметров делаются равными ну.tlo, мы получаем те или иные частные схемы, параметры которых могут быть подчинены условиям коррекции (так, чтобы для них получались вещественные и положительные значения) в том или ином участке диапазона.

В участке диапазона значений Х от О до 0,244 универсальная схема превращается в схему, изображенную на фигуре 2, так |то во всем э ом участке диапазона параметры

1 и К= универсальной схемы имеют значения, равные нулю. ченную со стороны анода усилительной лампы, — анодной индуктивностью, а корректирующую индуктивность L. включенную со стороны сетки последующей лампы, — сеточной индуктивностью.

Сопротивление К|, включенное пос-. ледовательно с индуктивностью Li, можно, согласно его действию, назвать затуханием цепи анодиой индуктивности, а сопротивление К., включенное последовательно с индуктивностыо L, — затуханием цепи сеточной иидуктивности. .Выражение для частотной характеристики универсальной схемы имеет следующий вид:

1+а.У я- —,(1)

1+ b,,0+ b., 4 + b3 Ьб b Ьз где представляет собой относительный коэфициент усиления схемы (отиосительный начальный коэфициеит усиления принимается за единицу); 5 =иСК=|о (С| +

+ Сз)R, а величины à, Ьi, b=, Ьа и b представляют собой некоторые функции величин К, К|, К>, Х, 111( н пь, где

L Я| к=,=;;к =- -,-;

CR- — Ж - R

К С, 111,= — ;x= — .

R С

Я 63?9?

В участке диапазона значений Х от 0,244 до 0,404 универсальная схема превращается в схему, изображенную на фиг. 8, так что во всем этом участке диапазона параметры Ri u R. универсальной схемы имеют значения, равные нулю.

В участке же диапазона значений

Х от 0,404 до 0,5 универсальная схема превращается в схему, изображенную на фиг. 11, так что во всем этом участке диапазона параметры L и R универсальной схемы имеют значения, равные нулю.

Анализ универсальной схемы показал далее, что поведение частотных характеристик совершенно точно совпадает для симметричных точек диапазона, т. е, поведение частотной характеристики в точке Х диапазона совершенно точно совпадает с поведением частотной характеристики в точке 1 — Х диапазона, причем в точке 1 — Х количественное значение параметра 1 равно количественному значению параметра 1 в точке Х, а количественные значения параметров 1 и 1. и R< и R в точках 1 — Х и Х »епяются своими местами, т. е. количественное значение параметра Li в точке 1 — Х равно количественному значе и1о параметра 1, в точке Х, и количественное значение параметра К в точке 1 — Х равно ко:шчествепному значению параметра R> >в точке Х.

Отсюда следуют частные схемы для оставшейся части диапазона Х от 0,5 до 1, так что в участке диапазона значений Х от 0,756 до 1 универсальная схема превращается в схему, изображенную на фиг. 3 и симметричную схеме, изображенной на фиг. 2, причем нулевое значение принимает не К,, à Кь

В участке диапазона Х от 0,596 до

0,756 универсальная схема превращается в ту же схему, изображенную на фиг. 8, которая действует в участке диапазона значений

Х от 0,244 до 0,404, поскольку в этом диапазоне R= и Ri принимают значения, равные нулю.

В участке диапазона значений Х от 0,5 до 0,596 универсальная с;ех к кi к hg >)", o

0,244

0,283

0,326

0,351

0,374

0,404

0,596

0.626

0.649

0,674

0,717

0,756

0,000 I 0: 94 О 599, 0:00043 1,60

О, 040 0,130, 0,589, О. 000426 / 1,60

0,080 0,074 0,583 0,00042 ; 1,61

0,100 0,049 0,582 I 0,000418 j 1,61

0,120 0,024 0.581 0,000408 1.,62

0,143 0,000 0.581, 0,0004 1,62

0,143, 0,581 0,000 i 0,0004 1,62

0,120 0,581 0,024 i 0,000408 1 .62

0,100 0,582 0,049 0,000418 1,61

С,080 i 0,583 0,074 i 0,00042 1,61

0,040 0,589 О, 130 i 0,000426 1, 60

0,000 0,599, 0,194 j 0,00043 > 1,60

В случае простой схемы коррекции (включение одной индуктивности последовательно с анодным сопротивлением), падение усиления на 1 > происходит при -,,= — 0,6.

В случае сложной схемы (фиг. 8) мы имеем, таким образом, выигрыш в полосе частот по сравнению с простой схемой коррекции больше, чем в 2,5 раза.

Схема фиг. 8 перекрывает большую и притом практически наиболее важную часть возможного диапазона значений X. В оставших— ся участках диапазона действуют

»а может быть превращена в схему, изображенную на фиг. 12, симметричпуlo схеме, изображенной на фиг.

11, причем нулевые значения принимают не 1л и Ri, à L= и R=.

Качество схемы коррекции, определяемое коэфициентом b при: У в выражении для частотной характеристики скорректированной схемы, наиболее высоко для частной схемы, изображенной на фиг. 8. Коэфицнент

b (KK;--КК -"-K Ê }- - (1 — X)- для э он схемы во всем диапазоне значений Х действия этой схемы имеет, примерно, одинаковую и притом малую величину. В табл. 1 приведены значения параметров и коэфициента b4 скорректированной схемы, изображенной на фиг. 8 для всего диапазона значений Х. Из этой таблицы видно, что величина коэфициента b действительно колеблется вокруг значения, равного 0,00042. В топ же таблице приведено значение Ъ. при котором происходит падение коэфициента усиления на 1О, Опо колеблется вокруг значения, равного 1.61.

Таблица 1

М 63797 схемы, изображенные на фигурах

2, 3, 11 и 12. В этих схемах дополнительным параметром, дающим возможность выбирать значение Х произвольным, является активное сопротивление, в то время как в схеме фиг. 8 этим дополнительным параметром является индуктивность.

Если включение дополнительной индуктивности не ухудшает качества коррекции, а даже, как видно из таблицы 1, несколько ее улучшает, то вк;почение допо;шительного сопротивления всегда ухудшает качество коррекции. Это ухудшение однако незначительно при небольших отклонениях Х от крайних значений участка диапазона, в которых параметры гп и m, характеризующие величины дополнительных активных сопротивлений, равны нулю.

Для схем по фиг. 11 и 12 это ухудшение будет незначительным во всем диапазоне действия этих схем, поскольку диапазон их действия вообще незначителен — от

Х=-0,404 до Х= — 0,5 и от Х = — 0,5 до

Х = — 0,596. Действительно, коэфициент Ь при .5 в случае схемы по фиг. 11, имеющий выражение

b ==K - KÐÕ - (1 — Х)"- а в случае схемы по фиг. 12 — выражение b =

== — К% Х- (1 — Х)-, увеличивает свое значение от 0,0004 при Х = 0,404 и Х = 0,596 и до 0,0007 при Х == 0,5, что соответствует уменьшению полосы частот (па верхней границе которой усиление падает па 1%) от

Ь.,= 1,62 до Ь .„.— 1,42. При значении Х = 0,5, которое имеет место для участков диапазонов действия схем на фиг. 11 и 12, параметры обеих схем имеют одинаковые значения: Х = 0,5; К = 0,174; К или

Ki=0,792; тп или m;=0,298.

Для схем по фиг. 2 и 3, диапазон действия которых больше (от значения Х = 0 до значения Х = 0,244 и от Х =-0,756 до Х = 1), ухудшение качества коррекции вблизи Х=

= — 0,244 и Х 0,756 будет также незначительным, но при приближении к границам диапазона Х =

=0 и Х =- 1 это ухудшение станет весьма значительным. Коэфициент b при Ь, имеющий выражение в этом случае Ь =К - KÐÕ"- (l — Х)-", достигает значения 0,0007, соответствующего значению г, = 1,42 нри Х == 0,2 и соответственно Х =0,8, увеличиваясь при стремлении значений Х к крайним пределам (Х =- 0 и Х =- 1).

Описанные схемы дают возможность непрерывно, в диапазоне отношений частичны.; емкостей от

0.2 и 0,8, получать высококачественную коррекцию, характеризующуюся значениями коэфициента b от 0,0004 до 0,0007, давая, таким образом, в этом диапазоне выигрыш в полосе частот по сравнению с простой схемой коррекции, примерно, в

2,5 раза.

Оставшиеся участки диапазона от

Х= — 0 до Х= — 0,2 и от Х = 0,8 до

Х = 1 не имеют большого практического значения, так как очень редко встречаются на практике.

В тех редких случаях, когда значение Х оказывается в этих участках диапазона, можно легко уйти из этих участков, увеличивая искусственно меньшую емкость. Легко увидеть, что происходящее из-за этого увеличение общей емкости не может существенно уменьшить no:Iocv частот, так как даже в точках

Х = — 0 или Х = 1 увеличение емкости С, или С до значений Х = 0,2 или Х = — 0,8 уменьшает полосу частот, даваемую схемой, только на 17 о.

При практическом выполнении описанных выше схем приходится учитывать кроме емкостей ламп еще емкость монтажа, собственную емкость самого основного сопротивления и, наконец, паразитные емкости, вносимые в схему сами ли корректирующими элементами. В особенности приходится считаться с, распределенной паразитной емкостью относительно земли витков анодной и сеточной катушек индуктивности Li и L . Наличие этих емкостеи сказывается с одной стороны на величине емкостей С и С схемы, определяя их эквивалентные значения, учитывающие все паразитные емкости, в том числе и распределенную паразитную емкость катушек L, и L на землю, а с другой стороны, в случае схем по фи№ 63797 гурам 2, 3 и 8, наличие этих емкостей может приводить также к некоторому изменению самих этих схем, как это представлено соответственно на фигурах 4, 5 и 9.

Наличие паразитной емкости Сю повышает степень выражения для частотной характеристики схемы и дает таким образом возможность получения высококачественной коррекции на новом более высоком уровне, что может в некоторых случаях дать выигрыш в полосе частот, несмотря на увеличение обшей суммарной емкости схемы. С другой стороны, выигрыш этот даже при тех отношениях частичных емкостей, при которых он существует, не является столь существенным, тобы оправдать усложнения расчетов и регулировки схемы.

Рациональным может оказаться последовательное с основным сопротивлением 1х включение дополнительной индуктивности Lo, подобрагпюй по своей величине так, чтобы удовлетворялось условие коррекции частотной характеристики самого основного сопротивления, т. е. условие коррекции элементарного контура, образованного основным сопротивлением R, емкостью С„ и дополнительной индуктивностью и рассматриваемого изолированно от всей схемы в целом. При этом схемы по фиг. 2 и 3 примут вид схем по фиг. 6 и 7 и условия коррекции самого основного сопротивления для этих схем означают коррекцию рассматриваемого изолированно, но в действительности существующего контура R, Co, Lo. Схема по фиг. 8 примет вид схемы по фиг.

10 и для нее условия коррекции самого основного сопротивления означают коррекцию некоторого фиктивного контура 1х, Со, Lo, поскольку в этой схеме последовательно с дополнительной индуктивностью Lo входит основная индуктивность L и контур R, Co, Lo не может быть в действительности выделен на этой схеме. Практически коррекция этого фиктивного контура сводится к некоторому увеличению основной нндуктивности 1..

Так как емкость Ср представляет все же небольшую часть общей емкости схемы, то в условии коррекции вышеуказанного элементарного контура этот контур можно считать в области интересу|ошей нас полосы частот (до 5 = 2) эквивалентным основному активному сопротивлению R. Таким образом схемы по фиг. 6, 7 и 10 в условиях коррекции вышеуказанного элементарного контура эквивалентны схемам по фиг. 2, 3 и 8, в которых С1 и

Со должны быть заменены новыми значениями Ci и Co, учитывающими все паразитные емкости и в том числе распределенные емкости катушек индуктивностн 1л и 1 относительно земли

Таким образом рассмотренные частные схемы, перекрывающие весь диапазон частичных емкостей, в действительности могут иметь такой вид, как это представлено на фпг. 6, 7, 11 и 12.

Последние две схемы хотя не изменили своего вида, но значения емкостей С и С> в них также дол. жны быть заменены новыми значениями С и С, х.читывающими все паразитные емкости и в том числе распределенные емкости относительно земли катушек индуктивности Ь и L=.

Описанные схемы коррекции перекрывают весь возможны и диапазон отношений частичных емкостей, т. е. диапазон значений величины от 0 до 1, но не исчерпывают всех возможных схем, которые можно составить на базе двух частичных емкостей. Так как число таких схем все же весьма ограничено, то имеет смысл рассмотрение всех схем, которые можно составить дополнительно к уже описанным схемам.

1-1еско IbKQ дополнительных схем можно составить из описанных выше основных схем, изображенных на фиг. 2, 3, 11 и 12, если в них затухание анодной и сеточной индуктивностей создавать не сопротивлениями, соединенными последовательно с этими индуктпвностями, а сопротивлениями, включенными параллельно этим индуктивностям. как это показано на фигурах 13, 14.

Хо 63797

17 и 18. При этом в схемах по фиг. 13 и 14 можно, по тем же соображениям, что и в хемах по фиг. 2 и 3, последовательно с основным сопротивлением вкл|очать дополнительную корректирующую индуктивность 1.„так, как это IIQказано на фиг. 15 и 16, Если к этим схемам еще добавить схемы по фиг. 19 и 20, то по существу будут исчерпаны все схемы, которые можно составить на базе двух частичных емкостей С1 и С, если число параметров в схеме ограничить числом параметров, которые можно связать уравнениями коррекций, не считая одного произвольного параметра X — отношения частичных емкостей. Увеличение числа параметров сверх указанного приводит только к усложнению расчетов. Увеличение же числа частичных емкостей сверх двух, естественно присущих схеме, т. е. емкостей ламп, посредством включения в схему дополнительных емкостей, нерационально, так как получающийся при этом выигрыш из-за повышения степени коррекции схемы в большой степени нейтрализуется происходящим ири этом увеличением обшей суммарной емкости схемы и ие оправдывает усложнения расчета и регулировки схемы.

Описанные выше схемы по фиг. 2, 3, 8, 11 и 12, перекрывающие весь возможный диапазон значений Х от

0 до 1, будучи рассчитаны с точки зрения получения наилучшей частотной характеристики, не дают при этом во всех участках диапазона Х одновременно хорошие фазовые характеристики. Если при применении сложных схем коррекции только в отдельны., ответственных местах усилительного тракта это ие имеет большого значения, то при повсеместном их применении мириться с плохой фазовой характеристикой нельзя.

С этой точки зрения приведенные иа фиг. 13, 14, 17, 18, 19 и 20 дополнительные схемы имеют также практический интерес, поскольку оии могут одновременно с наилучшими частотными характеристиками дать хорошие фазовые характеристики в некоторых участках диапазона, в которых этого не дают основные схемы.

С этой же точки зрения может оказаться необходимым параметры всех описанных схем по фиг. 2, 3, 8, 11. 12, 13, 14, 17, 18, 19 и 20

;юдбирать с точки зрения компромисса между наилучшей частотной и фазовой характеристиками.

Для нахождения этого компромисса нет необходимости в изменении всех условий коррекции. Два параметра схемы могут быть попрежнему подчинены условиям частотной коррекции, т. е. двум условиям равенства нулю соответствующих коэфициентов разложения частотной характеристики в ряд Тейлора. Третий же параметр должен быть выбран исходя из условия компромисса между наилучшей частотной и фазовой характеристиками. Условие для этого компромиссного выбора не всегда может быть математически точно сформулировано, но всегда можно вычерчиванием ряда частотных и фазовых характеристик, соответствующих двум параметрам, связанным условиями частотной коррекции, и одному варьируемому параметру, найти компромиссное значение последнего при л|обых значениях отношения частичных емкостей.

Предмет изобретения

1. Способ коррекции сложных схем при:иобых соотношениях частичных емкостей схемы, о т л и ч аю шийся тем, что чис:ю параметров схемы выбирают на единицу больше числа параметров, которые

:. агут быть связаны условиями коррекции, так, чтобы отношение частичных емкостей cxLмы входило как произвольный параметр, причем в случае, когда условия частотной коррекции приводят к неудовлетворительной фазовой характеристике, для параметров схем выбирают значения, компромиссные между значениями, удовлетворяющими наилучшей частотной характеристике, и значениями, удовлетворяющими наилучшей фазовой характеристике.

2. При способе ио и. 1 применение схемы коррекции с тремя индуктивностями.

Л 63(97 7

Фиг. 1 ф

Фиг. 2

Фиг. 3

4 (.

Фиг, 4

Фиг. 5 с с;!

Сг

Фиг. 6

Фиг. 7

Фиг. 10

Фиг. 9

3. При способе rio и. 1 применение схемы коррекции с двумя индчктивностями и одним активным сопротивлением.

4. При способе по п. 1 включение последовательно с сопротивлением дополнительной индуктивности.

5. При способе по п. 1 включение одной индуктивности последовательно с основным сопротивлением, а второй — со стороны анода илн сетки, к одной из каковых пндуктивностей присоединено активное сопротивление.

6. При способе по п. 5 применение активного сопротивления, включенного последовательно лишь с одной из частичных емкостей схемы.

С2 С, а, аг

Cr с лиг1

-,:с:а:. р M. В. Смольякова

Отв. редактор Д. A. михайлов

Л!31598. Подписано к печати 26 Х 1945 г. Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 162

Типографии Госпланнздата, им. Воровского, Калуга № 63797

Фиг 13

Фиг. 15

Фиг. 17

Фиг, l1

Фиг. 19

С:

Фиг. 12

Фиг. 20

Фиг. 14

Фиг. 16 сг Цэиг 18