Что такое избирательный усилитель

Избирательный усилитель

Частотно-зависимая отрицательная обратная связь позволяет строить избирательные усилители. Пример такого усилителя приведен на рис. 10.11.

Рис.10.11. Схема избирательного усилителя с двойным Т-мостом.

В этой схеме в цепь отрицательной обратной связи включен «2Т-мост».

Передаточная характеристика цепи обратной связи β=Uoc/Uвых приведена на рис.10.12.

На частоте квазирезонанса ω₀=1/(RC) коэффициент отрицательной обратной связи наименьший и коэффициент усиления достигает наибольшего значения (рис.10.13).

Рис.10.13. Амплитудно-частотная характеристика избирательного усилителя с «2Т-мостом» в цепи отрицательной обратной связи.

На рис. 10.14а приведена схема и АЧХ двойного Т-места.

Рис.10.14а. demo10_5. АЧХ 2Т-моста.

На рис. 10.14б приведена АЧХ, полученная в демонстрационном примере demo10_6. Участок АЧХ между визирными вертикальными линиями используется в избирательном усилителе.

Рис.10.14б. demo10_6. Амплитудно-частотная характеристика избирательного усилителя с «2Т-мостом» в цепи отрицательной обратной связи.

Другой пример избирательного усилителя с интегродифференциальной обратной связью (рис.10.14в).

Для этого усилителя АЧХ имеет вид кривой на рис. 10.11 с той разницей, что K(0)=0 (demo10_6d).

При возрастании входного напряжения разность Vпос-Vin уменьшается, но выходное напряжение не изменится вплоть до момента времени, когда Vпос-Vin =0. Незначительное увеличение входного напряжения до Vпос-Vin

Дальнейшее увеличение Vin не изменяет состояние ОУ. При уменьшении Vin до отрицательного значения, при котором Vпос-Vin >0 произойдет новый переход.

На рис. 19.2 приведен снимок с демонстрации. На осциллоскопе приведены кривые входного напряжения и напряжения ПОС.

Рис. 19.2.

Триггер Шмитта не запоминает своего состояния при нулевом напряжении входного сигнала.

Амплитудная характеристика триггера Шмитта отличается от АХ обычного усилителя очень малым динамическим диапазоном.

Источник

Избирательные усилители

Избирательными или селективными называются усилители, имеющие узкую полосу пропускания и усиливающие сигналы только в пределах этой полосы. За пределами полосы пропускания усиление значительно меньше, либо вообще отсутствует.

Избирательные усилители применяются для усиления сигналов как на высоких, так и на низких частотах. Они используются в селективных вольтметрах, анализаторах спектра, синтезаторах частоты, измерителях нелинейных искажений и многих других радиоизмерительных приборах. Кроме того, такие усилители являются одним из важнейших каскадов радиопередающих и радиоприёмных устройств. По принципу действия избирательные усилители делятся на резонансные и усилители с частотно-зависимой обратной связью.

В резонансных усилителях узкая полоса пропускания обеспечивается использованием в качестве нагрузки выходной цепи транзистора
параллельного LC-контура, обладающего частотно-избирательными
свойствами.

В усилителях с частотно-зависимой обратной связью используются цепи частотно-зависимой обратной связи, усиливающие или подавляющие сигналы в узком диапазоне частот, что предопределяет резонансный характер частотной характеристики усилителя.

Резонансные усилители.В зависимости от вида резонансной цепи резонансные усилители подразделяются на одноконтурные, двухконтурные, многоконтурные, усилители с пьезоэлектрическими и электромеханическими фильтрами, усилители с резонансными линиями и объёмными резонаторами.

В зависимости от вида АЧХ различаются усилители резонансной частоты и полосовые усилители с АЧХ по форме, близкой к прямоугольной. В резонансных усилителях нагрузкой выходной цепи усилительного элемента является параллельный колебательный контур (фильтр), имеющий высокое сопротивление для резонансной частоты и малое сопротивление для других частот. Транзистор может быть включён по схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором, однако в большинстве случаев используются схема с общим эмиттером, обеспечивающая максимальное усиление по мощности с малым уровнем шума. Частотная характеристика резонансного усилителя определяется параметрами колебательного контура, причём избирательные свойства контура могут быть наиболее полно реализованы в схеме усилителя при условии малого шунтирования контура выходным сопротивлением источника сигнала и входным сопротивлением нагрузки. Известно, что транзистор имеет низкие входные и

выходные сопротивления. Поэтому при построении схем транзисторных

усилителей приходится считаться с шунтирующим действием этих сопротивлений на контур, ведущий к снижению коэффициента усиления каскада и ухудшению его избирательных свойств.

Для уменьшения влияния транзисторов ( данного каскада и следующего) на контур в схемах резонансных усилителей, как правило, используют неполное включение контура в коллекторную цепь транзистора. Такое включение может быть достигнуто, например, с помощью автотрансформаторной схемы включения контура (рисунок 1.77).

Рисунок 1.77—Схема принципиальная резонансного усилителя ( а) и

Данная схема состоит из следующих элементов: индуктивность L₁ совместно с конденсатором С₁ образуют параллельный колебательный контур, резисторы R₁ и R₂ предназначены для создания напряжения смещения на транзистор VT, разделительные конденсаторы C_p₁ и С_р2 выбираются таким образом, чтобы они не оказывали влияние на частотную характеристику резонансного усилителя. Коэффициент усиления резонансного усилителя максимален при
совпадении частоты усиливаемого сигнала f_c с резонансной частотой
колебательного контура fо=1/2π√L₁·C_экв, уменьшаясь на других частотах.

Усилители с частотно-зависимой обратной связью. Резонансные и полосовые усилители дают хорошие результаты лишь при рабочей частоте порядка единиц килогерц и выше. На более низких частотах индуктивность резонансного контура оказывается чрезмерно большой и контур становится громоздким и дорогим. Катушка индуктивности такого контура содержит много витков тонкого провода и очень чувствительна к наводкам и помехам, а также ухудшаются технические (добротность, избирательность) показатели. Поэтому избирательные усилители, предназначенные для работы на частотах

порядка сотен герц и ниже, обычно строятся с использованием частотно-избирательных фильтров типа RC в цепи отрицательной обратной связи.

Структурная и принципиальная схема приведена на рисунке 1.78,а.б Т-образный фильтр включается в цепь отрицательной обратной связи. На квазирезонансной частоте f_o фильтр вносит максимальное затухание в сигнал, проходящий с выхода на вход. Поэтому глубина отрицательной обратной связи практически равна нулю и усиление сигнала оказывается максимальным. На частотах, отличающихся от квазирезонансной, затухание, вносимое фильтром, уменьшается. При этом усиливается отрицательная обратная связь и соответственно уменьшается усиление сигнала. Частотная характеристика такого усилителя (рисунок 1.78,а) напоминает резонансную характеристику колебательного контура и, следовательно, приведенная схема по своим свойствам подобна избирательному усилителю с нагрузкой в виде колебательного контура.

Для того, чтобы избежать влияния малого сопротивления источника входного напряжения на фильтр, между входом усилителя и фильтром включают развязывающий резистор Rг. Величина сопротивления этого резистора составляет 1,2 МОм.

Каскодная схема на полевых транзисторах и с резонансным контуром

Один из способов устранения ёмкостной обратной связи и эффекта Миллера, который можно реализовать как на биполярных, так и на полевых транзисторов. В случае полевых транзисторов один из которых VT1 включается по обычной схеме с общим истоком, но вместо нагрузки и получения выходного сигнала непосредственно на стоке этого транзистора вводится другой полевой транзистор VT2, причем этот транзистор включен по схеме с общим затвором. Этот принцип применяется в предусилителях, в приёмниках FM – диапазона ( рисунок 1.79 )

Рисунок 1.79 – Предусилитель для радиодиапазона коротких волн на полевых

транзисторах с р-п- переходом в каскодном включении

Насхеме ( рисунок 1.79 ) транзистор VT1 включен по схеме с общим истоком. В цепь стока транзистора VT1, включен транзистор VT2 по схеме с общим затвором, так что сопротивление нагрузки в цепи стока транзистора VT1 равно 1/S и это сопротивление очень мало по величине. Если оба полевых транзисторов имеют одинаковую крутизну S, то коэффициент усиления напряжения на транзисторе VT1 равен

Благодаря этому единичному усилению напряжение сигнала на емкости сток-затвор транзистора VТ1, пренебрежимо мало и эффект Миллера несущественен.

Оконечная нагрузка Z_Lпомещена в цепь стока транзистора VT2и в данном случае представляет собой резонансный контур с большим сопротивлением на нужной частоте. Поскольку ток стока транзистора VT2должен равняться току стока транзистора VT1, на стоке транзистора VT2возникает напряжение выходного сигнала, а коэффициент

Рисунок 1.80 – Схема предусилителя на п- канальном МОП – транзисторе с

На рисунке 1.80, в каскодной схеме к двум полевым транзисторам в одном корпусе, есть конструкция с одним каналом и двумя затворами. Таковым является МОП – транзистор с двумя затворами, иногда применяемый для усиления на высоких частотах. МОП – транзистор с двумя затворами представляет собой твердотельный эквивалент лампового тетрода ( с экранной сеткой ) ; затвор служит электростатический экран между стоком и затвором, приводя таким образом к значительному уменьшению ёмкости обратной связи до столь малой величины, равной ламповому триоду.

Источник

Избирательные усилители

выходные сопротивления. Поэтому при построении схем транзисторных

Рисунок 1.77—Схема принципиальная резонансного усилителя ( а) и

Каскодная схема на полевых транзисторах и с резонансным контуром

Рисунок 1.79 – Предусилитель для радиодиапазона коротких волн на полевых

транзисторах с р-п- переходом в каскодном включении

Оконечная нагрузка Z_L помещена в цепь стока транзистора VT2 и в данном случае представляет собой резонансный контур с большим сопротивлением на нужной частоте. Поскольку ток стока транзистора VT2 должен равняться току стока транзистора VT1, на стоке транзистора VT2 возникает напряжение выходного сигнала, а коэффициент

Рисунок 1.80 – Схема предусилителя на п- канальном МОП – транзисторе с

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Избирательные RC- усилители

Для работы в диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц широко применяются избирательные усилители, построенные на операционных усилителях, охваченных частотно-избирательной отрицательной обратной связью с применением RC-цепей. Такие избирательные усилители отличаются малыми габаритами, технологичностью изготовления и высокой надежностью.

Рассмотрим принцип построения RC-усилителя с применпнием частотно-зависимой ООС. Коэффициент усиления такого усиления, как известно, равен:

(7.1)

Откуда следует, что для обеспечения крутого спада АЧХ при отклонении частоты от квази-резонансной f₀, коэффициент передачи цепи ООС должен возрастать при отклонении частоты сигнола от f₀. Другими словами, АЧХ цепи ООС должна иметь минимум на частоте f₀. При этом влияние ООС на частоте f₀ будет наименьшим, а на всех остальных частотах глубина ООС возрастает, что приводит к снижению коэффициента усиления усилителя.

Схема избирательного усилителя с 2Т-мостом и его АЧХ показаны на рисунке 7.2, а и б соответственно.

Рисунок 7.2.- Избирательный усилитель с 2Т-мостом

При подборе элементов 2Т-моста, включенного в цепь ООС, указанном на рисунке 7.2,а его коэффициент передачи на частоте f₀ будет минимальным, при этом добротность моста максимальна и равна:

а квазирезонансная частота равна

В схеме усилителя частотно-независимая ООС, созданная резисторами R1 и R2, служит для задания требуемого коэффициента усиления на частоте f₀, т.е. при разомкнутой петле частотно-зависимой ООС:

Добротность усилителя превышает добротность 2Т-моста в К₀ раз и равна .

Таким образом, за счет высокого коэффициента усиления К₀ можно добиться высокой добротности избирательного усилителя, несмотря на низкую добротность 2Т-моста.

Для построения избирательных RC-усилителей с положительной ОС применяются цепи, имеющие максимум коэффициента передачи β и нулевой фазовый сдвиг φ_β на частоте квазирезонанса . Наиболее широкое распространение в избирательных усилителях с ПОС получил мост Вина с максимальным значением коэффициента передачи β, равным 1/3; и Q =1/3.

Схема RC— усилителя с мостом Вина и его частотные характеристики приведены на рисунке 7.3, а и б.

Рисунок 7.3.- Усилитель с мостом Вина (а) и его частотные характеристики (б).

Произведем оценку избирательных свойств усилителя с мостом Вина. Пусть К=2.999.

Для усилителей с ПОС

А на частотах f=2f₀ или f=0.5f₀ Таким образом, при отклонении частоты от квазирезонансного значения в два раза наблюдается изменение коэффициента усиления в 128 раз, т.е. усилитель обладает избирательными свойствами.

Резисторами цепи ООС R2 и R1 задаётся коэффициент передачи усилителя при разомкнутой петле ПОС:

Величина зависит от петлевого усиления и при . Для моста Вина β=1/3 и К может быть увеличен до некоторого критического значения, при котором усилитель может перейти в режим генерации колебаний:

АЧХ усилителя повторяет АЧХ моста Вина, но соответствует более высокой добротности:

К достоинствам избирательного усилителя с мостом Вина следует отнести более простую схему и возможность более лёгкой, чем в схеме с 2Т-мостом, перестройки частоты квазирезонанса за счет применения сдвоенных потенциометров или конденсаторов переменной ёмкости.

Недостаток усилителей с мостом Вина обусловлен наличием цепи ПОС, которая вносит нестабильность в режим работы усилителя и при том тем большую, чем выше добротность. При наличии дестабилизирующих факторов (изменение температуры, питающего напряжении и т.п.) усилитель может потерять устойчивость и превратиться в генератор.

Источник