Электронные усилители

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ



Содержание

Введение

1. Характеристики усилителей

1.1 Частотные и временные характеристики

1.2 Линейные и нелинейные искажения в усилителях

2. Параметры многокаскадных усилителей

3. Усилительные каскады на биполярных транзисторах

3.1 RC-каскад с ОЭ

3.2 RС-каскад с ОБ

3.3 RC-каскад с ОК (эмиттерный повторитель)

4. Избирательные усилители

Литература



Введение

Электронным усилителем называют устройство, преобразующее маломощный электрический сигнал на входе в сигнал большей мощности на выходе с минимальными искажениями формы сигнала.

Усиление мощности сигнала осуществляется за счет потребления усилителем энергии от дополнительного источника, называемого источником питания. Следовательно, усилитель представляет собой устройство, входной сигнал которого управляет преобразованием энергии источника питания в энергию выходного сигнала. Связь усилителя с источником входного сигнала, нагрузкой и источником питания показана на рис. 1.

Источниками входного сигнала могут быть микрофон, фотоэлемент, предшествующий усилитель, термопара и т. д.

Выходной электрический сигнал усилителя поступает на устройство, называемое потребителем или нагрузкой. В качестве нагрузки могут использоваться телефон, громкоговоритель, гальванометр, осциллограф, реле, последующий усилитель, электродвигатель и т. д.

Значения потребляемой мощности для различных видов нагрузки лежат в широких пределах, например, мощность, потребляемая телефоном, составляет сотые доли ватт. В то же время мощность, потребляемая городской сетью проводного вещания, достигает сотен киловатт.

Поскольку диапазон мощностей, отдаваемых источником сигнала и потребляемых нагрузкой, может быть очень большим, усилитель может состоять из нескольких простых усилителей, называемых усилительными каскадами.

Усилитель в целом (или усилительный каскад в отдельности) может рассматриваться как линейный активный четырехполюсник, эквивалентные схемы которого приведены на рис. 2.

В схеме, представленной на рис. 2,а, к входным зажимам усилителя подключается источник входного напряжения E_с с внутренним сопротивлением R_с, а к выходным зажимам - сопротивление нагрузки R_н. Э.д.с. генератора напряжения E пропорциональна входному напряжению U_вх. В схеме, приведенной на рис. 2,б, генераторы напряжения E_с и E представлены в виде генераторов тока. Генератор и нагрузка не являются частями усилителя, но часто играют значительную роль в его работе. Усилитель на рис. 2 представлен своими входным R_BX и выходным R_BЫX сопротивлениями.

Обычно усилители классифицируют по нескольким признакам: характер изменения усиливаемого сигнала, полоса усиливаемых частот, назначение, тип используемого усилительного элемента. Названные признаки не исключают и другие принципы деления усилителей на различные группы.

Размещено на http://www.allbest.ru/



В соответствии с характером изменения входного сигнала, который должен воспроизводиться после усиления в цепи нагрузки, различают усилители постоянного и переменного тока. Усилители постоянного тока обеспечивают усиление сколь угодно медленных изменений входного сигнала, усилители переменного тока предназначены для усиления колебаний, частота которых превышает некоторое нижнее граничное значение f_н > 0.

В зависимости от ширины полосы усиливаемых частот усилители переменного тока, в свою очередь, подразделяются на усилители синусоидальных колебаний фиксированной частоты, усилители звуковой и радиочастоты, узкополосные (селективные) и широкополосные усилители, усилители низкой частоты, работающие в диапазоне от 20Гц до 20кГц, и усилители высокой частоты, способные усиливать колебания с частотами свыше 100кГц.

По назначению различают усилители тока, напряжения и мощности, по виду нагрузки - резисторные, резонансные, трансформаторные и т.д.

По характеру усиливаемых сигналов усилители делят на усилители непрерывных и импульсных сигналов.



1. Характеристики усилителей

В общем случае необходимость применения усилителя возникает при условии, что максимальная мощность источника сигнала (номинальная мощность), которую он может отдать в нагрузку, недостаточна для нормального функционирования последующего электронного устройства. Поэтому любой усилитель является усилителем мощности, и характеристикой усиления может служить коэффициент усиления по мощности, равный отношению мощности выходного сигнала Р_ВЫХ к мощности источника сигнала Р_С

Обычно усилителем мощности называют такой усилитель, который обеспечивает высокий коэффициент полезного действия выходной цепи. Максимальный коэффициент усиления по мощности получается при выполнении условий R_с = R_вх и R_н = R_вых, которые называются условиями согласования входа и выхода усилителя соответственно с источником сигнала и нагрузкой.

Основные характеристики таких усилителей:

- максимальная выходная мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку;

- коэффициент полезного действия (К.П.Д.) , определяемый как отношение полезной мощности Р_вых, выделяемой в нагрузке, к мощности Р₀, потребляемой усилителем от источника питания, т. е.

.



Входным сопротивлением усилителя называется его сопротивление переменному току, протекающему во входной цепи

R_ВХ = U_ВХ/I_ВХ.

Это сопротивление является нагрузкой для источников входного сигнала.

Выходное сопротивление определяется отношением выходного напряжения, поданного на выход каскада, к протекающему в выходной цепи току при R_н = 0

R_ВЫХ = U_ВЫХ/I_ВЫХ.

Основной характеристикой усилителей, работающих в условиях, далеких от режима высокого коэффициента полезного действия выходной цепи, является коэффициент передачи.

Коэффициентом передачи усилителя называют отношение выходного сигнала усилителя к его входному сигналу. В частном случае, когда эти сигналы являются однородными (например, ток или напряжение), коэффициент передачи называют коэффициентом усиления.

Коэффициент усиления по напряжению K_U представляет собой отношение напряжения на нагрузке U_ВЫХ к напряжению холостого хода источника входного сигнала E_С. Как следует из рис. 6.2, а,

.

Если R_ВХ >> R_С и R_ВЫХ << R_Н, то как источник сигнала, так и выходная цепь усилителя работают в режимах, близких к холостому ходу (без нагрузки). В этом случае величина K_U перестает существенно зависеть от значений внешних по отношению к усилителю элементов R_С и R_Н, при этом E_C = U_ВХ.. Усилители, работающие в таком режиме, называют усилителями напряжения.

Коэффициент усиления по току K_I определяется как отношение выходного тока (тока нагрузки) к току короткого замыкания источника сигнала I_с

.

Если R_ВХ << R_С и R_ВЫХ >> R_Н, то источник сигнала и выходная цепь оказываются в режимах, близких к короткому замыканию. При этом токи сигналов в выходной и входной цепях усилителя перестают существенно зависеть от значений сопротивлений R_С и R_Н, при этом I_С = I_ВХ. Усилители, работающие в таком режиме, называются усилителями тока.

1.1 Частотные и временные характеристики

Как и в случае пассивных линейных систем, частотные характеристики усилителя определяются комплексным коэффициентом передачи, который может быть представлен в виде отношения комплексных амплитуд выходного и входного сигналов при гармоническом входном сигнале. Так для комплексного коэффициента усиления по напряжению будем иметь:

.

Зависимость модуля коэффициента усиления || = К(щ) от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) или просто частотной характеристикой усилителя.

Зависимость от частоты фазового сдвига выходного сигнала усилителя относительно его входного сигнала называется фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) или просто фазовой характеристикой усилителя.

Идеальный усилитель имеет равномерную АЧХ во всем диапазоне частот, т.е. его коэффициент усиления

K(щ) = K₀ = const.

Фазовая характеристика такого усилителя не должна зависеть от частоты или, по крайней мере, должна быть линейной функцией частоты, т.е.

.

На практике в полосе частот, в пределах которой находится спектр усиливаемого сигнала, можно лишь с той или иной точностью приблизиться к идеальным АЧХ и ФЧХ.



Для усилителей, как и для пассивных линейных систем, вводятся понятия нижней граничной частоты щ_н, верхней граничной частоты щ_в и полосы пропускания . Частоты щ_н и щ_в определяются как частоты, на которых коэффициент усиления усилителя уменьшается в раз по сравнению с коэффициентом (рис. 3,а). Область частот, лежащая левее средних частот, носит название области низших частот, область, лежащая правее - области высших частот. Полоса пропускания усилителя

.

Наряду с частотными характеристиками для определения искажений формы сложного колебания применяется переходная характеристика h(t), представляющая собой реакцию усилителя на единичный скачок напряжения (тока) и импульсная характеристика g(t), являющаяся реакцией линейной цепи на дельта-импульс. Эти характеристики однозначно связаны с частотными характеристиками.

Переходная характеристика h(t) наглядно описывает искажения сигнала, возникающие при усилении прямоугольных импульсов. Основными показателями этих искажений считаются: время запаздывания t_З, длительность фронта t_Ф и время спада t_С (рис.4). При повышении верхней граничной частоты щ_в уменьшаются искажения в области малых времен (сокращается время t_З и t_Ф), а при уменьшении нижней граничной частоты щ_Н - в области больших времен (уменьшается спад вершины, т.е. возрастает время t_С). У усилителей постоянного тока (щ_Н = 0) переходная характеристика не обнаруживает спада вершины.



1.2 Линейные и нелинейные искажения в усилителях

Качество усилителя определяется степенью искажений, вносимых усилителем при усилении входного сигнала. Под искажениями понимается изменение формы выходного сигнала по отношению к форме входного. Искажения сигнала при прохождении через усилитель, обусловленные зависимостью параметров усилителя от частоты и не зависящие от амплитуды входного сигнала, называются линейными искажениями. В свою очередь, линейные искажения можно разделить на частотные (вызываемые изменением модуля коэффициента усиления усилителя в полосе частот усиливаемого сигнала) и фазовые (обусловленные нелинейностью фазочастотной характеристики усилителя в полосе частот усиливаемого сигнала).

Идеальный усилитель, у которого линейные частотные искажения отсутствуют, имеет равномерную АЧХ во всем диапазоне частот, т.е. его коэффициент усиления

K(щ) = K₀ = const.



Фазовая характеристика усилителя, у которого отсутствуют фазовые линейные искажения, не должна зависеть от частоты или, по крайней мере, должна быть линейной функцией частоты

(ц_к(щ) = const(щ)).

В последнем случае все гармонические составляющие входного сигнала получают одинаковую временную задержку, и выходной сигнал лишь сдвигается во времени (запаздывает) относительно входного на величину t_З.

Частотные искажения усилителя на частоте щ характеризуются коэффициентом частотных искажений

M = K_U0/K_Uщ.

Здесь K_Uщ - коэффициент усиления по напряжению на данной частоте щ. С помощью АЧХ можно определить частотные искажения в любом диапазоне рабочих частот усилителя.

Поскольку наибольшие частотные искажения имеют место на границах рабочего диапазона, то при расчете усилителя, как правило, задают коэффициенты частотных искажений М_н и М_в соответственно на нижней (щ_Н) и верхней (щ_В) граничных частотах.

При достаточно низких уровнях входного сигнала усилитель обладает свойствами линейной системы и амплитуда выходного напряжения прямо пропорциональны амплитуде входного напряжения, т.е. коэффициент усиления усилителя не зависит от величины сигнала. В связи с наличием нелинейных свойств у всех усилительных приборов при увеличении входного сигнала линейная зависимость величины выходного сигнала от величины входного сигнала нарушается. При этом коэффициент усиления начинает зависеть от величины усиливаемого сигнала, возникают нелинейные искажения, в спектре выходного сигнала появляются частотные составляющие, отсутствующие в спектре входного сигнала.

Зависимость амплитуды первой гармоники выходного напряжения от амплитуды первой гармоники входного напряжения при синусоидальной форме входного сигнала называется амплитудной характеристикой (рис. 5). Нелинейные искажения появляются при превышении амплитудой входного сигнала значения , начиная с которого амплитудная характеристика теряет свою линейность.

Отношение (в децибелах) максимального напряжения на входе усилителя U_МАКС к минимальному U_МИН D = 20lg(U_МАКС / U_МИН) называется динамическим диапазоном усиления усилителя. Минимально допустимое входное напряжение обычно ограничено уровнем собственных шумов усилителя, на фоне которых выходной сигнал не удается выделить.

Амплитудная характеристика во многих случаях оказывается слишком грубым средством описания нелинейных искажений усилителя. Поэтому вводится понятие коэффициента гармоник (коэффициента нелинейных искажений), представляющего собой отношение суммы амплитуд всех гармоник напряжения (или тока) искаженного сигнала, кроме первой, к амплитуде напряжения (или тока) первой гармоники на выходе усилителя при воздействии на вход усилителя одного чисто синусоидального сигнала:



где U_iВЫХ - амплитуда i-ой гармоники выходного искаженного сигнала, U_1ВЫХ - амплитуда первой (основной) гармоники. Первая гармоника представляет собой полезный сигнал, остальные являются результатом нелинейных искажений. Индекс определяет номер гармоники. Обычно учитывают только вторую и третью гармоники, так как амплитудные значения мощностей более высоких гармоник сравнительно малы.

Линейные и нелинейные искажения характеризуют точность воспроизведения формы входного сигнала усилителем.



2. Параметры многокаскадных усилителей

В зависимости от назначения усилителя заданный коэффициент усиления может достигать десятков тысяч. Коэффициент усиления, значение которого превышает 10², обычно получают, составляя усилитель из нескольких простейших усилителей, содержащих один усилительный элемент. Такими простейшими усилителями и являются усилительные каскады. Они соединяются между собой последовательно таким образом, чтобы выходной сигнал предыдущего каскада являлся входным сигналом последующего. Поэтому усилитель, состоящий, например, из двух каскадов, можно представить в виде эквивалентной схемы, приведенной на рис.6.

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления всех его каскадов.

Частотные искажения многокаскадного усилителя определяются частотными искажениями в отдельных каскадах. Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов частотных искажений отдельных каскадов.

Нелинейные искажения синусоидального сигнала в многокаскадных усилителях, характеризуемые коэффициентом гармоник, можно оценить, просуммировав коэффициенты гармоник каждого отдельного каскада усилителя. Так как нелинейные искажения появляются при превышении амплитудой входного сигнала значения , начиная с которого амплитудная характеристика теряет свою линейность (рис. 5), нелинейные искажения будут наибольшими в последнем, выходном, каскаде усилителя. Поэтому ориентировочно можно считать, что коэффициент гармоник n-каскадного усилителя равен коэффициенту гармоник последнего каскада.

Для исключения влияния цепей постоянного тока отдельных каскадов друг на друга, т. е. обеспечения развязки каскадов по постоянному току, в усилителях переменного сигнала используют разделительный конденсатор или трансформатор.

С помощью трансформатора можно обеспечить не только развязку, но и согласование каскадов между собой. Поэтому трансформаторную связь удобно применять в усилителях мощности, где согласование усилителя с нагрузкой и источником входного сигнала является необходимым условием. В усилителях напряжения, как правило, используется RС-связь, так как трансформатор имеет существенные недостатки, главными из которых являются большие габариты и вес, а также высокая стоимость.

В усилителях постоянного тока каскады соединяются непосредственно друг с другом. При этом усложняется задача обеспечения нормальной работы усилительных элементов (транзисторов) в заданном режиме.

В аналоговых интегральных микросхемах (ИМС) усилителей как постоянного, так и переменного тока используется, как правило, непосредственная связь между каскадами, так как реализация конденсаторов большой емкости и трансформаторов в микроэлектронном исполнении весьма затруднительна.

Каскады, из которых состоит многокаскадный усилитель, разделяют на каскады предварительного усиления и оконечные (выходные) каскады. Такое разделение обусловлено различными требованиями, предъявляемыми к ним. Основное назначение каскадов предварительного усиления - обеспечение максимального коэффициента усиления по напряжению при минимальных нелинейных искажениях. Назначение выходного каскада - усиление мощности. В выходном каскаде для получения высокого коэффициента полезного действия полностью используются рабочие диапазоны токов и напряжений усилительного элемента, поэтому неизбежно появляются нелинейные искажения. Ясно, что они не должны превышать заданного разработчиком предельного значения.

Каскады предварительного усиления, в свою очередь, разделяют на входной каскад и промежуточные каскады. Основное требование к входному каскаду - обеспечение условия максимальной передачи напряжения от источника сигнала к усилителю .

Одно из главных требований, предъявляемых к промежуточным каскадам,- обеспечение коэффициента усиления по напряжению, при котором можно получить на выходе усилителя заданное значение выходной мощности.



3. Усилительные каскады на биполярных транзисторах

3.1 RC-каскад с ОЭ

Усилитель всегда можно разделить на несколько промежуточных ячеек - каскадов. Источником сигнала для данного каскада служит генератор или выход предыдущего каскада, а нагрузкой - вход следующего каскада или потребитель усиленного сигнала. Простейший усилитель состоит только из одного каскада.

Наибольшее распространение получили резистивно-емкостные каскады (RC-каскады, усилители с емкостной связью).

Принципиальная схема RС-каскада с ОЭ на транзисторе типа n-p-n приведена на рис. 7.

При отсутствии входного сигнала (в режиме покоя усилителя) в цепях эмиттера, коллектора, базы и в цепи делителя напряжения, состоящего из резисторов R1 и R2, протекают постоянные токи, направления которых показаны на рис. 7.

В проводах питания протекает постоянный ток

.

Постоянное напряжение между эмиттером и коллектором определяется выражением

.

Для нормальной работы каскада необходимо, чтобы постоянные напряжения эмиттер-коллектор , база-эмиттер , а также постоянный ток коллектора транзистора соответствовали определенным значениям. Их выбирают, исходя из соображений получения наибольшего усиления и минимума потребляемой мощности, что достигается выбором соответствующих величин сопротивлений резисторов , , и .

При подаче на вход усилительного каскада подлежащего усилению сигнала между базой и эмиттером транзистора создается переменное напряжение, вызывающее соответствующие изменения токов базы и коллектора. Временные диаграммы работы каскада приведены на рис. 7,б.

Усиливаемый сигнал подается на вход каскада через конденсатор , назначение которого состоит в предотвращении попадания части текущего через резистор постоянного тока в цепь источника сигнала, которым может быть и усилительный каскад. В схемах реальных усилительных каскадов конденсатор может и отсутствовать, тогда его роль выполняет конденсатор, аналогичный конденсатору в предыдущем каскаде.

Конденсаторы и в соответствии с их назначением называются разделительными. Назначение блокировочного конденсатора - обеспечение постоянного напряжения на эмиттере транзистора.

Усилительный каскад с ОЭ имеет большие коэффициенты усиления тока и напряжения. Его недостатком является не слишком большое входное сопротивление.

Частотные характеристики каскада с ОЭ в области средних частот. Область средних частот усилительного RС-каскада ограничивается нижней граничной частотой щ_Н и верхней граничной частотой щ_В усиления, между которыми коэффициент усиления не отличается более чем в раз по сравнению с его максимальным значением (рис. 3,а). Постоянство коэффициента усиления на данном участке частотного диапазона свидетельствует о том, что в этой области частотно-зависимые элементы схемы (С1, С2, Сэ) не оказывают влияния на работу каскада.

Частотные характеристики каскада с ОЭ в области нижних частот. Основное влияние на частотную характеристику каскада в области нижних частот оказывают разделительные конденсаторы С1 и С2 и конденсатор С_Э (рис.6.7, а). Емкостные сопротивления разделительных конденсаторов С1 и С2 возрастают настолько, что становятся соизмеримыми с входным и выходным сопротивлениями каскада, образуя частотно-зависимые делители напряжения. Это приводит к ограничению полосы пропускания усилителя снизу и является причиной появления частотных искажений. Кроме того, с уменьшением частоты возрастает также емкостное сопротивление конденсатора С_Э в цепи эмиттера, что приводит к появлению отрицательной обратной связи по переменному току, при которой на вход транзистора подается напряжение, пропорциональное току, протекающему в выходной цепи транзистора.

Для уменьшения частотных искажений (расширения частотной характеристики в область нижних частот) необходимо уменьшать нижнюю граничную частоту щ_Н. Обычно снижение щ_Н оказывается возможным за счет увеличения емкостей конденсаторов С1, С2 и С_Э, а также увеличения, например, с помощью отрицательной обратной связи входного и выходного сопротивлений усилителя.

Частотные характеристики каскада с ОЭ в области верхних частот. На верхних частотах сопротивления разделительных конденсаторов С1, С2 и блокировочного конденсатора С_Э (рис.7) стремятся к нулю. Эти конденсаторы не оказывают влияния на работу каскада. Основное влияние на частотную характеристику в этой схеме оказывает емкость коллекторного перехода C_К транзистора и емкость нагрузки C_Н (входная емкость последующего каскада и емкость монтажа).

Для расширения полосы пропускания каскада в области верхних частот (увеличения частоты щ_В) и уменьшения частотных искажений необходимо уменьшать емкости C_К и C_Н. Величина емкость C_К зависит от параметров выбранного транзистора и сопротивления нагрузки сопротивлением нагрузки.

Таким образом, усилительный RС-каскад с ОЭ имеет разный коэффициент усиления в различных участках частотного спектра. В области низших частот уменьшение коэффициента усиления обусловлено наличием разделительных конденсаторов и конденсатора в цепи эмиттера. В области высших частот уменьшение коэффициента усиления связано с инерционностью транзистора, емкостью коллекторного перехода и емкостью нагрузки.

3.2 RС-каскад с ОБ

Принципиальная схема каскада с ОБ на n-p-n-транзисторе приведена на рис. 8. Резисторы и образуют делитель напряжения, обеспечивающий положительный потенциал эмиттера, т.е. смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, поскольку потенциал базы по переменному току равен нулю. Конденсатор С3 служит для устранения отрицательной обратной связи по переменному току.

Входное сопротивление каскада с ОБ много меньше входного сопротивления каскада с ОЭ (практически оно не превышает нескольких десятков Ом). Коэффициент усиления по току всегда меньше единицы. Коэффициент усиления по напряжению существенно зависит от сопротивления нагрузки и сопротивления источника сигнала . Для получения большого значения необходимо, чтобы стремилось к нулю, а было большим.

Отметим, что в каскаде с ОБ не требуются специальные меры по стабилизации рабочей точки.

Усилительные каскады с ОБ, как правило, используют на повышенных частотах и для усиления широкополосных импульсных сигналов.

Нелинейные искажения в каскаде с ОБ меньше, чем в каскаде с ОЭ.

Отметим, что каскад с ОБ не инвертирует входной сигнал.

усилитель импульсный сигнал транзистор

3.3 RC-каскад с ОК (эмиттерный повторитель)

Принципиальная схема RC-каскада с ОК приведена на рис 9. Такой каскад называют также эмиттерным повторителем, поскольку выходное напряжение по величине мало отличается от входного. Цепи смещения здесь те же, что и в предыдущих каскадах.

Коэффициент усиления эмиттерного повторителя по напряжению меньше единицы. За счет большого усиления по току происходит усиление мощности.

Входное сопротивление эмиттерного повторителя значительно больше входного сопротивления каскада с ОЭ. Величина входного сопротивления ограничивается делителем в цепи базы. Чтобы исключить шунтирование входной цепью часто используют цепи смещения без делителя в базе. Обычно входное сопротивление эмиттерного повторителя достигает 100…200кОм.

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя меньше выходных каскадов с ОБ и ОЭ.

Передача на выход входного сигнала при большом входном и малом выходном сопротивлениях обусловила широкое применение повторителей в электронике. Прежде всего, повторители служат в качестве элементов согласования большого выходного сопротивления первичных преобразователей (датчиков) с малым входным сопротивлением предварительного усилителя. Датчик при этом нагружен на большое входное сопротивление повторителя, а напряжение датчика воспроизводится на низкоомном выходе повторителя.

Эмиттерный повторитель, обладая высоким входным и низким выходным сопротивлениями, широко используется в промежуточных усилительных каскадах для повышения коэффициента усиления каскада с ОЭ, работающего от источника входного сигнала с большим внутренним сопротивлением. Отметим, что каскад с ОК не инвертирует входной сигнал, т.е. действительно является повторителем.

Качественное сравнение параметров рассмотренных трех каскадов (с ОЭ, ОБ и ОК) приведено в таблице 1.



Таблица 1 Параметры усилительных каскадов в области средних частот

Схема включения	Ki	KU	KP	RВХ , Ом	RВЫХ , Ом
ОБ ОЭ ОК	<1 100 - 200 100 - 200	10 - 102 10 - 102 <1	102 - 103 103 - 104 100 - 200	10 102 - 103 104 - 105	105 104 10 - 100



4. Избирательные усилители

Избирательными называются усилители, обладающие способностью выделять полезный сигнал, соответствующий заданной частоте или полосе частот, из всей совокупности сигналов, поступивших на вход усилителя.

Основные параметры избирательного усилителя:

· максимальный коэффициент усиления

· частота максимального усиления ;

· полоса пропускания ;

· и избирательность, которая определяется крутизной склонов АЧХ.

Для количественной оценки избирательности вводят коэффициент прямоугольности частотной характеристики равный отношению полосы пропускания к ширине полосы, соответствующей заданному ослаблению выходного сигнала относительно максимального уровня.

Так, например, при ослаблении в 10 раз

.

Идеальный избирательный усилитель имеет .

В зависимости от назначения избирательные усилители можно разделить на следующие группы: 1) узкополосные RC-усилители, предназначенные для работы в области звуковых и дозвуковых частот; 2) резонансные LC-усилители.

Узкополосные RC-усилители. Узкополосные усилители строятся на основе обычного усилителя с частотно-зависимой обратной связью. Эти усилители будут рассмотрены в следующем разделе.

Резонансные усилители напряжения высокой частоты. Резонансные усилители напряжения широко используются в качестве усилителей высокой частоты радиоприемников, к которым предъявляются следующие основные требования: большой коэффициент усиления по напряжению; высокая добротность АЧХ на частоте полезного сигнала.

Для выделения полезного сигнала высокой частоты в резонансном усилителе используются резонансные свойства параллельного колебательного контура, включенного в цепь нагрузки (рис 10). Частотная характеристика такого каскада определяется свойствами контура и шунтирующими его сопротивлениями активного элемента и нагрузки

Шунтирование уменьшает добротность контура, поэтому избирательность такого усилителя ниже избирательности входящего в схему контура. При этом коэффициент усиления равен

,

где - крутизна характеристики активного элемента, а - эквивалентное сопротивление включенного в схему контура, связанное с сопротивлением самого контура соотношением



.

Основное достоинство резонансных усилителей - возможность перестройки частоты максимального усиления при помощи конденсатора переменной емкости.

Существенно лучшую избирательность можно получить при помощи полосовых усилителей, которые, как правило, работают на фиксированных частотах и не перестраиваются. В нагрузку активного элемента полосового усилителя вместо одиночного контура включают систему связанных контуров. В процессе настройки усилителя могут изменяться как резонансные частоты связанных контуров, так и коэффициент связи, что открывает широкие возможности для формирования частотной характеристики (требуемой широкополосности и избирательности). В отдельных случаях нужную частотную характеристику получают, применяя несколько каскадов с расстроенными друг относительно друга контурами.



Литература

Под ред.: А.А. Кураева, Д.И. Трубецкого ; А.В. Аксенчик и др.: Методы нелинейной динамики и теории хаоса в задачах электроники сверхвысоких частот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009

Шишкин Г.Г.: Электроника. - М.: Дрофа, 2009

А.Н. Диденко и др. ; Под ред. И.Б. Фёдорова: Вакуумная электроника. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008

Лебедев А.И.: Физика полупроводниковых приборов. - М.: Физматлит, 2008

Шматько А.А.: Электронно-волновые системы миллиметрвого диапазона. - Харьков: ХНУ им. В.Н. Каразина, 2008

Московский гос. ин-т стали и сплавов, Саратовский гос. ун-т им. Н.Г. Чернышевского ; под ред. Л.В. Кожитова: Оборудование, технологии и аналитические системы для материаловедения, микро- и наноэлектроники. - М.: МИСиС, 2007

Федеральное агентство по образованию, Московский гос. ин-т стали и сплавов (Технологический ун-т), Саратовский гос. ун-т им. Н.Г. Чернышевского ; под ред. Л.В. Кожитова ; авт-сост.: В.П. Менушенков и др.: Оборудование, технологии и аналитические системы для материаловедения, микро- и наноэлектроники. - М.: МИСиС, 2007

Филачёв А.М.: Твердотельная фотоэлектроника. - М.: Физматлит, 2007

Захвалинский В.С.: Электроника. - Белгород: БелГУ, 2006

Смоликов А.А.: Наноматериалы. - Белгород: БГТУ, 2006

Смоликов А.А.: Наноматериалы. - Белгород: БелГУ, 2006

Размещено на Allbest.ru