Избирательные усилители

Усилители, которые имеют широкую полосу пропускания, применяют в промышленной электронике, когда нужно усиливать напряжения или токи, имеющие гармонические составляющие в широком диапазоне частот.

Однако на практике часто необходимо осуществлять избирательное усиление, выделяя один «полезный» сигнал из целого ряда входных сигналов и одновременно ослабляя все остальные – «мешающие» сигналы (рисунок 48).

Для этой цели служат избирательные усилители (ИУ), т. е. усилители,

предназначенные для усиления сигналов в некоторой узкой полосе частот. Их АЧХ должны обеспечивать требуемое усиление в заданной полосе частот и достаточно крутой спад усиления вне этой полосы.

Полоса пропускания ИУ 2∆f = f_в – f_н определяется на уровне

,

где – коэффициент усиления при резонансной частоте f₀.

С

K_U

Избирательные усилители широко распространены в радиоприемных и телевизионных устройствах, в многоканальных системах связи. Здесь они решают задачу настройки приемного устройства на фиксируемую частоту принимаемой станции, не пропуская сигнала других устройств. Резкая зависимость от f достигается, как правило, включением специальных фильтров в цепь усиления или в цепь обратной связи. В связи с этим ИУ подразделяются на:

елективность усилительных свойств оценивают добротностью Q = f₀ / (2∆f).

2Δf

f_в

f₀

f_н

f

Рисунок 48 – Амплитудно-частотная

характеристика избирательного

усилителя

фильтров в цепь усиления или в цепь обратной связи. В связи с этим ИУ подразделяются на:

– высокочастотные;

– низкочастотные.

Высокочастотные избирательные усилители создают введением LC-фильтра в цепь нагрузки усилительного каскада, это так называемые резонансные усилители (рисунок 49). Низкочастотные узкополосные усилители

U_вх

создают включением в цепь обратной связи RC-фильтров (рисунок 50).

K

U_вых

Рисунок 49 – Структурная схема

высокочастотного ИУ

Рисунок 50 – Структурная схема

низкочастотного ИУ

RC

Высокочастотные избирательные усилители

Рассмотрим схему резонансного усилителя. Она похожа на схему однокаскадного усилителя с ОЭ, но в цепь коллектора вместо R_К включен колебательный контур (рисунок 51).

Рисунок 51 – Принципиальная электрическая схема

высокочастотного избирательного усилителя

Назначение элементов:

• R₁, R₂, VT, R_Э, C_Э – элементы однокаскадного усилителя с общим эмиттером (их назначение рассматривалось ранее);

• колебательный LC-контур в коллекторной цепи транзистора выполняет роль LC-фильтра, т. е. выделяет резонансную частоту и соответствующую полосу пропускания на высоких частотах.

• C_Р1, C_Р2 – разделительные конденсаторы, через которые осуществляется связь с предыдущим или последующим каскадом.

На резонансной частоте сопротивление колебательного

контура велико, в связи с чем коэффициент уменьшения максимальный. При отклонении частоты влево или вправо от резонансной сопротивление контура уменьшается ввиду увеличения шунтирующего действия его индуктивности или емкости. Это вызывает уменьшение коэффициента усиления каскада. Рассмотрим АЧХ резонансных усилителей при различной добротности резонансного контура (рисунок 52).

K

K_рез

0,7K_рез1

0,7K_рез2

K_рез

K_рез

0,7K_рез3

f_рез

f

2Δ f

Q₁

Q₂

Q₃

Рисунок 52 – Амплитудно-частотные характеристики

избирательного усилителя с различной добротностью

При увеличении Q возрастает коэффициент усиления усилителя на резонансной частоте и уменьшается полоса его пропускания. Поэтому при проектировании усилителей с большой избирательностью необходимо применять контуры с высокой добротностью. На частотах от 50 кГц до 5 МГц легко могут быть выполнены контуры с Q = 50 / 200, при применении ферритовых сердечников в катушке – с Q до 500.

На частотах выше 5 МГц Q снижается из-за увеличения потерь в конденсаторах и потерь на вихревые токи в проводах катушки.

На низких частотах (f > 50 кГц) не удается получить большое индуктивное сопротивление катушки при ее малом активном сопротивлении.