Главная | Обратная связь

Избирательный RC-усилитель

Общие сведения о полупроводниках

Электронно-дырочный переход

Полупроводниковые диоды

Транзисторы

Тиристоры

Усилители пост. тока и ОУ

7. …

Избирательные усилители и генераторы синусоидальных напряжений

Избирательные усилители и генераторы синусоидальных напряжений

Избирательные усилители ¾ это усилители, которые предназначены для усиления сигналов в некоторой узкой полосе частот и имеют частотную характеристику вида рис.8.1., где f₀ ¾ частота квазирезонанса, f₂ – f₁ = Df ¾ полоса пропускания избирательного усилителя, которая определяется на уровне , где К_U0 ¾ коэффициент усиления при частоте квазирезонанса f₀.

Избирательные свойства усилителя характеризуются его добротностью

. (8.1.)

 

Генератором синусоидальных колебаний называется техническое устройство, предназначенное для преобразования энергии источника постоянного тока в выходной сигнал переменного тока требуемой амплитуды и частоты.

Избирательные усилители и генераторы синусоидальных напряжений бывают двух типов:

1. LC-системыприменяют для частот квазирезонанса от десятков кГц до сотен МГц.

2. RС-системыприменяют для частот квазирезонанса от долей Гц до сотен кГц.

Рассмотрим усилитель с частотно-зависимой обратной связью (рис.8.2.). Будем считать, что усилитель достаточно широкополосный, т.е. К(jw) = К. Способы получения характеристики К_U(jw):

1. Усилитель охватывается положительной обратной связью (ПОС). Этот способ используют для построения схем генераторов синусоидальных напряжений (рис.8.3.).

(8.2.)

2. На частотах, отличных от f₀ усилитель охватывается отрицательной обратной связью (ООС). Этот способ предпочтительнее для построения схем избирательных усилителей (рис.8.4.).

(8.3.)

Избирательный RC-усилитель

Из избирательных RC-усилителей наибольшее применение получила схема двойного Т-образного моста (рис.8.5.), обладающая высокой частотной селективностью коэффициента передачи напряжения и угла фазового сдвига между напряжениями входа и выхода.

Выходное напряжение зависит от сопротивлений R₁, R₂, R₃, емкостей конденсаторов С₁, С₂, С₃ и частоты f входного напряжения . Чтобы напряжение зависело от частоты f, должны выполняться следующие соотношения между параметрами схемы:

. (8.4.)

Анализ моста проведем с использованием круговых диаграмм (рис.8.7.). При этом будем считать, что все токи и напряжения моста меняются по синусоидальному закону. Представим схему на рис.8.5. в виде рис.8.6. Из условия

(8.5.)

будут следовать равенства R₁ = R₃ и С₁ = С₃.

Допустим, что ток , тогда .

Оставляя постоянным входное напряжение , будем менять его частоту w.

При w ® 0 точка на диаграмме Т3 ® Т1, Т4 ® Т0, Т2 ® Т1.

При w ® ¥ точка на диаграмме Т3 ® Т0, Т4 ® Т1, Т2 описывает полный круг и Т2 ® Т1.

На частоте квазирезонанса w = w₀ точка на диаграмме Т2 совпадает с точкой Т0, и в этом случае = 0. Для того, чтобы точка Т2 совпадала с точкой Т0 при w = w₀, необходимо выполнение следующих условий:

1. Напряжение 3–4 является диаметром окружности на рис.8.7.

2.

3.

4.

 

Таким образом, на частоте квазирезонанса при выполнении условий 1 – 4 точки Т2 и Т0 совпадают, выходное напряжение = 0. Частоту квзирезонанса можно определить как

. (8.6.)

 

На рис.8.8. представлены зависимости для двойного Т-образного моста коэффициента передачи и фазового сдвига j_b от частоты w. Если принять = 1, то .

Мост нужно запитывать от источника ЭДС, т.е. подключать мост к усилителю с малым входным сопротивлением. При рассмотрении работы моста на холостом ходу усилитель должен обладать большим входным сопротивлением.

 

Частотная характеристика моста представлена на рис.8.9. При частотах входного сигнала, отличных от частоты квазирезонанса, коэффициент передачи ® 1 и сигнал с выхода полностью передается на вход цепью отрицательной обратной связи; в усилителе действует глубокая ООС. На частоте квазирезонанса ООС отсутствует.

В качестве усилителей могут применяться интегральные усилители постоянного тока и операционные усилители. Пример выполнения схемы избирательного усилителя на ОУ представлен на рис.8.10.

Для повышения добротности избирательного усилителя используют другую схему включения моста (рис.8.11.).

Допущения:

1. Пусть сопротивление генератора R_Г мало. Если входное напряжение равно нулю, то точка Т1 заземлена и напряжение генератора подается между точками Т1 – Т0: е_Г = U_1–0. Напряжение U₁ = U_1–2. Следовательно, напряжение

. (8.7.)

2. Пусть напряжение на генераторе близко к нулю: е_Г = 0. Тогда напряжение U₂ = U_0–1, U₁ = U_0–2, и напряжение

. (8.8.)

Входное напряжение усилителя

, (8.9.)

тогда или .

Коэффициент усиления усилителя:

, (8.10.)

где К₀ ¾ коэффициент усиления усилителя без обратной связи, К₀ < 0. На частоте квазирезонанса b(w₀) = 0, a(w₀) = 1, следовательно, при w ® w₀ растет как за счет увеличения a, так и за счет уменьшения b, поэтому добротность такого усилителя много больше по сравнению с предыдущей схемой и составляет величину Q = 100…300.