Материалы сайта
Это интересно
Селективный усилитель
Введение Современная техника обладает большим набором технических средств и устройств, выполняющих самые разнообразные функции. При необходимости усилить какой-либо из параметров слабого электрического сигнала используются устройства, называемые усилителями. Усилители находят широкое применение во всех областях науки, техники и повседневной жизни. Радиосвязь, радиолокация, радионавигация, радио- и телевещание, автоматика, различные САУ и САР, вычислительная техника, музыкальная и медицинская аппаратура – вот далеко не полный их перечень. В электронике усилителем называют устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала. В зависимости от соотношения внутреннего сопротивления источника входного сигнала [pic] и входного сопротивления усилителя [pic] источник сигнала может работать в режиме усиления напряжения, усиления тока и усиления мощности. В настоящее время усилительная техника непрерывно развивается. Технологии ИМС позволяют значительно расширить возможности усилительных устройств. При помощи операционных усилителей на ИМС можно осуществлять как линейные, так и нелинейные операции, создавать различные функциональные устройства. Однако, проектирование ИМС требует детального знания процессов, происходящих в усилителе, поэтому основой проектирования усилителя является проектирование на дискретных элементах, где в качестве усилительного прибора является транзистор. 1 Теоретическая часть 1.1 Общие сведения о селективных усилителях Селективные (избирательные) усилители предназначаются для выделения сигналов определенной частоты (или узкой полосы частот). В селективных усилителях полоса пропускания является узкой (линия 2 на рис 1.1). У идеального селективного усилителя АЧХ имеет форму очень узкого пика на частоте [pic], которая называется квазирезонансной частотой. (рис 1.1, линия 1). На остальных частотах усиление должно быть близким к нулю. Селективные усилители можно разделить на резонансные, нагрузкой которых является резонансный контур (частотно-избирательная нагрузка), полосовые, нагрузкой которых в большинстве случаев служит полосовой фильтр, и узкополосные избирательные [pic]-усилители с частотно-зависимой обратной связью. Частотная избирательность рассматриваемых усилителей создает высокую помехозащищенность систем, работабщих на фиксированных частотах, что широко используется в устройствах САР. На способности выделения с помощью избирательных (узкополосных) усилителей фиксированных гармонических составляющих из широкого спектра частот входного сигнала основана работа многих измерительных устройств. Селективные усилители широко распространены в радио- и телеприемных устройствах, а также в многоканальных системах связи. Здесь они выполняют функции настройки приемного устройства на фиксированную частоту принимаемой станции, задерживая сигналы других частот. Избирательные усилители при частотах свыше десятков килогерц создают введением параллельного колебательного [pic]-контура в цепь нагрузки усилительных каскадов (т.н. резонансные усилители). Низкочастотные узкополосные усилители выполняют с обратными связями через частотно- зависимые [pic]-цепи. Пример построения усилительного каскада резонансного усилителя приведен на рис 1.2. Его особенностью является наличие колебательного контура (КК) в коллекторной цепи транзистора. Связь с последующим усилительным каскадом подобного типа или нагрузкой может осуществляться через разделительный конденсатор (см. рис 1.2) или трансформатор, первичная обмотка которого определяет индуктивность [pic] КК. Качественно характер зависимости коэффициента усиления каскада от частоты (рис 1.1) объясняется зависимостью от частоты сопротивления, создаваемого КК в коллекторной цепи трпнзистора. На резонансной частоте [pic] (1.1) сопротивление КК велико, в связи с чем коэффициент усиления максимален. При отклонении частоты влево или вправо от резонансной сопротивление контура уменьшается из-за увеличения шунтирующего действия его индуктивности или емкости. Это вызывает уменьшение коэффициента усиления каскада. Резонансные и полосовые усилители дают хорошие результаты лишь при рабочей частоте порядка десятков кГц и выше. На более низких частотах требуется большая индуктивность резонансного контура, который становится очень громоздким. Катушка индуктивности такого контура содержит множество витков тонкого провода и очень чувствительна к наводкам и помехам. Поэтому избирательные усилители, предназначенные для работы в области низких и средних чпстот обычно строят с использованием частотно-избирательных [pic]- фильтров в цепи отрицательной обратной связи. На рис 1.3 изображена схема простейшего [pic]-фильтра, элементы [pic], [pic] которого ослабляют низшие чпстоты, а элементы [pic], [pic] – высшие. Поэтому коэффициент передачи фильтра на одной частоте [pic] имеет максимальное значение, а на частотах выше и ниже [pic] коэффициент передачи сигнала со входа на выход резко уменьшается. Частотная характеристика такого фильтра имеет вид, показанный на рис 1.1. Частота [pic] находится как: [pic]. (1.2) Более совершенным является фильтр, состоящий из двух Т-образных цепочек. Т-образные цепочки в нем состоят из элементов: первая – из конденсаторов [pic], [pic] и сопротивления [pic]; вторая – из сопротивлений [pic], [pic] и конденсатора [pic] (рис 1.4). Напряжение на выходе каждой из указанных Т-образных цепочек сдвинуто по фазе относительно входного напряжения. При этом напряжение на выходе первой Т-образной цепочки опережает входное напряжение, а напряжение на выходе второй Т-образной цепочки – отстает от входного напряжения. Последнее обстоятельство позволяет при параллельном соединении двух Т- образных [pic]-цепочек получить на выходе (на некоторой частоте) при определенных соотношениях величин элементов равные по амплитуде, но противоположные по фазе напряжения. При этом результирующее напряжение на выходе фильтра равно нулю. Квазирезонансная частота [pic], на которой коэффициент передачи двойного Т-образного фильтра имеет наименьшее значение определяется как: [pic]. (1.3) Часто используются симметричные Т-образные фильтры, у которых: [pic] (1.4) 1.2 Основание выбора схемы Схема селективного усилителя приведена в приложениях. Она представляет собой трехкаскадный усилитель с конденсаторной связью и двойным Т-образным мостом в цепи отрицательной обратной связи. В качестве входного каскада использован дифференциальный (VT2, VT5), так как при построении данного вида усилителя удобно использовать схему с двумя входами. На один из входов (база VT2) подается усиливаемый сигнал, а по второму (база VT5) осуществляется отрицательная ОС. Для обеспечения существенно большего значения коэффициента усиления дифференциального каскада вместо резистивной нагрузки использованы транзисторы (VT1, VT4), выполняющие функцию динамических нагрузок каскада. На транзисторе VT3 собрана схема источника стабильного тока, определяющего сумму эмиттерных токов транзисторов VT2, VT5. В качестве промежуточного каскада выбран усилительный каскад по схеме ОЭ на VT6. Он увеличивает коэффициент усиления. Кроме того, он представляет нагрузку дифференциального каскада, обеспечивая требуемую добротность. Выходной каскад также представляет собой усилительный каскад по схеме ОЭ. Он обеспечивает создание отрицательной ОС и усилителе. ----------------------- [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] Рис 1.1 АЧХ селективных усилителей Рис 1.2 Схема резонансного усилителя [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] Рис 1.3 Схема простейшего RC-фильтра [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] Рис 1.4 Схема двойного Т-образного фильтра