Способ коррекции сложных схем Советский патент 1944 года по МПК H03F1/08 

Предметом изобретения является способ коррекции частотных и фазовых характеристик реостатного усилительного каскада. Искажения этих характеристик, вызываемые шз нтирующим влиянием ёмкости анод-катод предыдущей лампы и входной ёмкости следующей лампы, корректируются, согласно изобретению, введением между указанными ёмкостями, 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 больще числа параметров, которые могут быть связаны условием коррекции, с тем, чтобы отнощение частичных ёмкостей входило бы как прои-звольный параметр. При этом, в случае, когда условия коррекции частотной характеристики приводят к неудовлетворительной фазово1

характеристике, значения параметров схемы выбирают, исходя из компромиссного рещения с точки зрения приближения к линейности обеих характеристик.

Приведенные ниже математические выкотадки и фиг. I-20 чертежа поясняют сущность изобретения более детально.

Изображённая на фиг. 1 схема является универсальной с точки зрепия получения полной коррекции характеристик, а схемы, изображённые на фиг. 2-20, являются её вариантами, дающими возможность высококачественной коррекции ёмкостей. При этом в схеме, изображённой на фиг. 1, частичная ёмкость Ci представляет собой емкость анод-катод усилительной лампы, а частичная ёмкость С-2 - входную ёмкость, т. е. ёмкость сетка-катод, последующей усилительной лампы. Основным сопротивлением, определяющим начальный коэфициент усиления в этой схеме, является сопротивление R. Корректирующую индуктивность L, включённую последовательно с основным сопротивлением, назовём основной корректирующей индуктивностью, корректирующую индуктивность LI, включённую со стороны анода усилительной лампы, - анодной индуктивностью, а корректирующую индуктивность Lo, включённую со стороны сетки носледующей лампы, - сеточной индуктивностью. Сопротивление Ri, включённое пос-ч ледовательно с индуктивностью Li, можно, согласно его действию, назвать затуханием цепи анодной индуктивности, а сопротивление R-2, включённое последовательно с индуктивностью La, - затуханием цепи сеточной индуктивности. -Выражение для частотной характеристики универсальной схемы имеет следуюш,ий вид: ,.(1) 1+ Ь, А- + Ь, А + Ьз Д« -г Ь А где а представляет собой относительный коэфициент усиления схемы (относительный начальный коэфициент усиления припимается за единицу); Л oj CR ш (Ci 4-j- C2)R, а величины а, bi, Ь-з, Ьз и bi представляют собой некоторые функции величин К, Ki, Ка, X, nii и Шо, где к п -.Г .14 .,.-г,о1 1 1- кор 1+К2 л- -,- (KKi +

Величина Ь4 коэфициента при Л Б выраже1н-1и для скорректированной схемы характеризует качество коррекции схемы. Чем меньше этот коэфициент, тем высококачественнее даваемая схемой коррекция.

Параметры скорректированной схемы связаны, как мы видим, тремя уравнениями bi а; Ьа 0; Ьз 0. Мы можем связать этими уравнениями, три параметра схемы, в то время как универсальная схема обладает шестью параметрами, не считая произвольного параметра X - отношения частичных ёмкостей схемы. Мы имеем таким образом ещё два произвольных параметра. Анализ универсальной схемы показал, что эти два произвольных параметра могут быть сделаны рав(1 -LKными нулю без ущерба для качества коррекции схемы в основной части диапазона X (отнощения частичных ёмкостей); при этом, в зависимости от того, какие из параметров делаются равными нулю, мы получаем те или иные частные схемы, параметры которых могут быть подчинены условиям коррекции (так, чтобы для них получались вещественные и по.южительные значения) в том или ином участке диапазона.

В участке диапазона значений X от О до 0,244 универсальная схема превращается в схему, изображённую на фигуре 2, так что во всём этом участке диапазона параметры L и Rs универсально схемы имеют значения, равные нулю. Условие равенства нулю ряда коафициентов разложения в ряд Тейлора по частоте при частоте. равной нулю, означает равенство друг другу коэфициентов числителя и знаменателя, стоящих при одина-ковых степенях в выражении (1), ,т. е. равенства: bi а, Ьа О, Ьз 0. После того как параметры К, Кь mi и. Шо схемы подобраны так, что эти условия удовлетворены, т. е. значения этих параметров найдены из совместного рещения уравнений , , , относительный коэфициент усиления у- уже скорректированной схемы выражается в виде: 1Ч-аА2 W-Kop 1 -f а Ai -Ь 04 А где коэфициент а при Л- имеет вид а К-, а коэфициент bi при Л имеет вид bi (KKi + ККа -4+ KiK-2)2-X2(l-X)2. Относительный коэфициент усиения скорректированной универальноГ схемы во всём диапазоне X т О до 1 имеет таким образом вид: ) (1-К2А2) . --- KI К.зГХ ()2 А8

В участке диапазона значении X от 0,244 до 0,404 универсальная схема превращается в схему, изображённую на фиг. 8, так что- во всём этом участке диапазона параметры Rt и Ra универсальной схемы имеют значения, равные нулю.

В участке же диапазона значений X от 0,404 до 0,5 универсальная схема превращается в схему, изображённую на фиг. 11, так что во всём этом участке диапазона параметры LI и RI 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 X диапазона совершенно точно совпадает с поведением частотной характеристики в точке 1-X диапазона, причём в точке 1-X количественное значение параметра L равно количественному значению нараметра L в точке X, а количественные значения параметров LI и Lo и Ri и R2 в точках 1-X и X меняются своими местами, т. е. ко.личественное значение параметра Li в точке 1-X равно количественному значению параметра LZ в точке X, и количественное значение параметра RI в точке 1-X равно количественному значению параметра R2 в точке X.

Отсюда следуют частные схемы для оставшейся части диапазона X от 0,5 до 1, так что в участке диапазона значений X от 0,756 до 1 универсальная схема превращается в схему, изображённую на фиг. 3 и симметричную схеме, изображённой на фиг. 2, причём нулевое значепие принимает не R2, а Ri.

В участке диапазона X от 0,596 до ,756 универсальная схема преващается в ту же схему, изобраённую на фиг. 8, которая дейстует в участке диапазона значений от 0,244 до 0,404, поскольку в том диапазоне Ra и Ri принимают начения, равные нулю.

В участке диапазона значений X т 0,5 до 0,596 универсальная схема может быть превращена в схему, изображённую на фиг. 12, симметричную схеме, изображённой на фиг. 11, причём нулевые значения принимают не LI и RI, а L- и R-j.

Качество схемы коррекции, определяемое коэфициентом bt при .Л в выражении для частотной характеристики скорректированной схемы, наиболее высоко для частно) схемы, изображённой на фиг. 8. Коэфицнент

b.-(.4-K,Ko) X (1 - X)д;1я эчой схемы во всём диапазоне значени X действия ЭТО схемы имеет, примерно, одинаковую и притом малую величину. В табл. 1 приведены значення параметров и коэфициента Ь4 скорректированной схемы, изображённой на фиг. 8 для всего диапазона значений X. Из этой таблицы видно, что величина коэфициента b-t действительно колеблется вокруг значения, равного 0,00042. В Toii же таблице приведено значение Л. нри котором происходит падение коэфициента усиления на 1 %. Оно колеблется вокруг значения, равного 1,61.

т а б л и ц а 1

в с.чучае HpocToii схемы коррекции (включение одной .индуктивности последовательно с анодным сопротивлением), падение усиления на 1% происходит при А, .0,6. В случае сложной схемы (фиг. 8) мы имеем, таким образом, выигрыш в полосе частот по сравнению с простой схемой коррекции больше, че в 2,5 раза.

Схема фиг. 8 иерекрывает большую и притом практически наиболее важную часть возможного диапазона значений X. В оставшихся участках диапазона

схемы, изображённые на фигурах 2, 3, 11 и 12. В этих схемах дополнительным параметром, дающим возмол ность выбирать значение X произвольным, является активное солрот;ивление, 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 её улучшает, то включение дополнительного сопротивления всегда ухуднаает качество коррекции. Это ухудшение однако незначительно нри небольших отклонениях X от крайних значений участка дианазона, в которых параметры mi и та, характеризуюш,ие величины дополните.иьных активных сопротивлений, равны нулю. Для схем по фиг. И и 12 это ухудшение будет незначительным во всём диапазоне действия этих схем, поскольку диапазон их действия вообш,е незначителен - от ,404 до ,5 и от X 0,5 до X 0,596. Действительно, коэфициент Ь4 при :Л в случае схемы по фиг. 11, имеюш,ий выражение (1-Х)2 а в случае схемы по фиг. 12 - выражение Ь4 (1-X)-, увеличивает своё значение от 0,0004 нри X 0,404 иХ 0,596и до 0,0007 нри X 0,5, что соответствует уменьшению полосы частот (на верхней границе которой усиление падает на 1%) от ,62 до AI 1,42. При значении X 0,5, которое имеет место для участков диапазонов действия схем на фиг. 11 и 12, Г1араметры обеих схем имеют одинаковые значения; X 0,5; К 0,174; К- или ,792; m-i или ,298.

Для схем по фиг. 2 и 3, дианазон действия которых больше (от значения X О до значения X 0,244 и от X 0,756 до Х 1), ухудшение качества коррекции вблизи Х 0,244 и X 0,756 будет также незначительным, но при приближении к границам диапазона X 0 и X : 1 это ухудшенне станет весьма значительным. Коэфициент bi нри AS, имеющий выражение в этом случае Ь КГ-К-з-Х (1-Х)2,

достигает значения 0,0007, соответствуюш,его значению й1-„ 1,42 нри X ; 0,2 и соответственно X 0,8, увеличиваясь нри стремлении значений X к крайним пределам ( и 1).

Описанные схемы дают возможность ненрерывно, в дианазоне отношений частичных ёмкостей от 0,2 и 0,8, получать высококачественную коррекцию, характеризующуюся значениями коэфициента bi от 0,0004 до 0,0007, давая, таким образом, в этом диапазоне выигрыш в полосе частот по сравнению с нростой схемой коррекции, примерно, в 2,5 раза.

Оставшиеся участки диапазона от X О до X 0,2 и от X 0,8 до X 1 не имеют большого практического значения, так как очень редко встречаются на практике.

В тех редких случаях, когда значение X оказывается в этих участках дианазона, можно легко уйти из этих участков, увеличивая искусственно меньшую ёмкость. Легко увидеть, что происходящее из-за этого увеличение обще ёмкости не может существенно уменьшить нолосу частот, так как даже в точках X О или X 1 увеличение ёмкости Ci или С2 до значений X 0,2 или X 0,8 уменьшает полосу частот, даваемую схемой, только на 17%.

При нрактическом вынолнении описанных выше схем приходится учитывать кроме ёмкостей ламп ещё ёмкость монтажа, собственную ёмкость самого основного сопротивления и, наконец, паразитные ёмкости, вносимые в схему самими корректирующими элементами. В особенности приходится считаться с распределённой паразитной ёмкостью относительно земли витков анодной и сеточной катушек индук- тивности LI и L2. Наличие этих ёмкостей сказывается с одноГ стороны на величине ёмкостей Ci и Cs схемы, определяя их эквивалентные значения, учитывающие все паразитные ёмкости, в том числе и распределённую паразитную ёмкость катушек LI и La на землю, а с друroii стороны, в случае схем но фигурам 2, 3 и 8, наличие этих ёмкостей может приводить также к неKOTOpoN y изменению самих этих схем, как это представлено соответственно на фигурах 4, 5 и 9.

Наличие паразитной ёмкости Со повышает степень выражения для частотной характеристики схемы и даёт таким образом возможность получения высококачественной коррекции- на новом более высоком уровне, что может в некоторых случаях дать выигрыш в полосе частот, несмотря на увеличение обш,ей суммарной ёмкости схемы. С другой стороны, выигрыш этот даже при тех отношениях частичных ёмкостей, при которых он сушествует, не является столь сушественным, чтобы оправдать усложнения расчётов и регулировки схемы.

Рациональным может оказаться последовательное с основным сопротивлением R включение дополнительной индуктивности LO, подобранной по своей величине так, чтобы удовлетворялось условие коррекции частотной характеристики самого основного сопротивления, т. е. условие коррекции элементарного контура, образованного основным сопротивлением R, ёмкостью С и дополнительной индуктивностью LO, и рассматриваемого изолированно от всей схемы в целом. При этом схемы по фиг. 2 и 3 примут вид схем по фиг. б и 7 и условия коррекции самого основного сопротивления для этих схем означают коррекцию рассматриваемого изолированно, но в действительности существующего контура R, Со, LO. Схема по фиг. 8 примет вид схемы по фиг. 10 и для пеё условия коррекции самого основного сопротивления означают коррекцию некоторого фиктивного контура К, Со, LO, поскольку в этой схеме последовательно с дополнительной индуктивностью LO входит основная индуктивность L и контур R, Со, Li) не может быть в действительности выделен на этой схеме. Практически коррекция этого фиктивного контура сводится к некоторому увеличению основной

ИНДУКТИВНОСТИ L.

Так как ёмкость Со представляет всё же небольшую часть общей ёмкости схемы, то в условии коррекции вышеуказанного элементарного контура этот контур можно считать в области интересующей нас полосы частот (до А 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 Ci и Сз должны быть заменены новыми значениями Сг и С-2, учитывающими все паразитные ёмкости и в том числе распределённые ёмкостн катушек индуктивности LI и Li относительно земли.

Таким образом рассмотренные частные схемы, перекрывающие весь диапазон частичных ёдпшстей, в действительности иметь такой вид, как это представлено на фиг. 6, 7, 11 и 12. Последние две схемы хотя не изменили своего вида, но значения ёмкостей Ci и С-2 в in-ix также должны быть заменены новыми значения.п1 С/ и Сг, учитывающими все паразитные ёмкости и в том чис.че распреде,1ённые ёмкости относительно земли катушек индуктивности LI и L-2.

Описанные схемы коррекции перекрывают весь возможный диапазон отношений частичных ёмкосте, т. е. диапазон значений величины от О до 1, но не исчерпывают всех возможных схем, которые составить на базе двух частичных ёмкостей. Так как число таких схем всё же весьма ограничено, то имеет смысл рассмотрение всех схем, которые можно составить дополнительно к уже описанным схемам. Несколько дополнительных схем можно составить из описанных выше основных схем, изображённых на фиг. 2, 3, 11 и 12, если в ии.х затухание анодной и сеточной индуктивностей создавать не сопроивлениями, соединёнными последоательно с этими индуктиБностями, сопротивлениями, включёнными параллельно этим индуктивностям, ак это показано на фигурах 13, 14,

17 и 18. При этом в схемах по фиг. 13 и 14 можно, по тем же соображениям, что и в схемах по фиг. 2 и 3, иоследовательно с основным сонротивлением включать дополнительную корректирующую индуктивность 1.|, так, как это показано на фиг. 15 и 16. Если к этим схемам ещё добавить схемы по фиг. 19 и 20, то по существу будут нсчерпаны все схемы, которые можно составить на базе двух частичных ёмкостей Ci и С, если число параметров в схеме ограничить числом параметров, которые можно связать уравнениями коррекций, не считая одного произвольного параметра X - отпощения частичных ёмкостей. Увеличение числа параметров сверх указанного приводит только к усложнению расчётов. Увеличение же числа частичных ёмкостей сверх двух, естественно присущ,их схеме, т. е. ёмкостей ламп, посредством включения в схему дополнительных ёмкостей, нерационально, так как получающийся при этом выигрыш из-за повышения степени коррекции схемы в большой степени нейтрализуется происходящи при этом увеличением обшей суммарной ёмкости схемы и не оправдывает усложнения расчёта и регулировки схемы.

Описа}Н1ые выще схемы по фиг. 2, 3, 8, 11 и 12, перекрывающие весь возможный диапазон значений X от О до 1, будучи рассчитаны с точки зрения нолучения наилучшей частотной характеристики, не дают при этом во всех участках диапазона X одновременно хорошие фазовые характеристики. Если при примепении сложных схем коррекции только в отдельных ответственных местах усилительного тракта это не имеет большого значения, то при повсеместном их применении мириться с плохой фазовой характеристикой нельзя.

С этоГг точки зрения приведенные на фиг. 13, 14, 17, 18, 19 и 20 доно.шительные схемы имеют также практический интерес, поскольку они 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 онисанных схем по фиг. 2, 3, 8, 11, 12, 13, 14, 17, 18, 19 и 20 подбирать с точки зрения компромисса между наилучшей частотной и фазовой характеристиками.

Для нахождения этого компролшсса 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 колшромиссного выбора не всегда может быть математически точно сформулировано, по всегда можно вычерчиванием ряда частотных и фазовых характеристик, соответствующих двум параметрам, связанным условиями частотной коррекции, и одному варьируемому параметру, найти компромиссное значение последнего при любых значениях отношения частичных ёмкостей.

Предмет изобретения

1.Снособ коррекции сложных схем при любых соотношениях частичных ёмкостей схемы, отличающийся тел1, что число параметров схемы выбирают на единицу больше числа параметров, которые могут быть связаны условиялп коррекции, так, чтобы отношение частичных ёмкостей схемы входило как произвольный параметр, причём в случае, когда условия частотной коррекции приводят к неудовлетворительной фазовой характеристике, для параметров схем выбирают значения, компромиссные между значениями, удовлетворяюшими пайлучшей частотной характеристике, н значениями, удовлетворяющими наилучшей фазовой характеристике.

2.При способе но п. 1 примене1ще схемы коррекции с тремя ипдуктивностялш.

3.При способе по п. I применение схемы коррекции с двумя индуктивностями и одпим активным сопротивлением.

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

5.При способе по п. 1 включение одной индуктивности последоваФиг. 1

ff. L,

С. к,

,ллл.

2

с.

тельно с основны.м сопротивлением. а второй - со стороны анода или сетки, к одной из каковых индуктивностей присоединено активное сопротивление.

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

TTiTrsTyTmrrv

L-L

С,.

Фиг. 3

Фиг. 4

fTWnrnnTnrv A

ci с:

Фиг. 5

-и

,.т тг тТ1ггг7т

.

6

-- . тг. с;

Фиг. 7

утгт) mnrWrrn .т -тЛтг,

I: --4J4.

L-JilJ i т

Фиг. 8

Фиг. 9

10

Фиг. 11

Фиг 13

Ст

Фиг. 12

л

С1

гТППГТО

,.

Фиг. 14

L,Сг

ролялш Фиг. 15

Фиг. 17 ЛФ I/

ВД

pri. ОП

Фиг. 19

Фиг. 16

Лг я I фг.

Фиг. 18

т

Л;

, -гИ1гев - -,лллл

Фиг. 20