11.8. Вибіркові підсилювачі

Вибіркові (частотно-вибіркові) підсилювачі забезпечують необхідне підсилення у визначеній смузі частот і різке його зменшення поза цією смугою. Вони бувають переважно вузькополосними; для них відношення верхньої граничної частоти підсилюваних сигналів до нижньої граничної частоти дорівнює f_гр.в/f_гр.н=1,001—1,1. Останнім часом одержали поширення широкополосні вибіркові підсилювачі, для яких f_гр.в/f_гр.н=1,2 - 5,0.

Підсилення сигналів діапазону частот від вкрай низьких до низьких у вузькій смузі частот домагаються включенням частотно-залежних RC- кіл зворотного зв'язку, завдяки яким створюється сильний негативний зворотний зв'язок по всьому діапазоні частот, за винятком вузької смуги. На частотах у десятки кілогерц і вище для досягнення частотної вибірковості підсилювача вводять коливальні контури.

Частотно-вибірковий підсилювач можна створити, якщо в коло колектора транзистора замість резистора R_К включити паралельний LC- контур (рис. 11.16, а). Режим по постійному струмі в ньому встановлюється як і для розглянутих підсилювачів, але з урахуванням деяких особливостей процесів, що протікають у підсилювачі з контуром.

Внаслідок коливальних процесів у контурі полярність напруги на ньому змінюється, а тому колекторна напруга в межах від U_KC-U_Km до U_KC+U_Km. Щоб уникнути пробою колектора, н еобхідно встановлювати напругу спокою колектора .

Рис. 11.16. Частотно-вибірковий підсилювач з паралельним контуром:

а - схема; б - навантажувальні прямі, в - еквівалентна схема, г - частотна характеристика

Навантаженням постійному струму в колі колектора є омічний опір котушки, який рівний десяткам ом. Навантажувальна пряма АВ для постійного струму (рис. 11.16, б) проходить майже вертикально. На резонансній частоті опір паралельного контуру змінному струму складає декілька кілоом. Навантажувальна пряма CD по змінному струмі розташовується полого.

Основними показниками вибіркових підсилювачів є: середня частота f_o смуги частот підсилюваних сигналів, рівна резонансній частоті паралельного контуру f_p, коефіцієнт підсилення по напрузі на резонансній частоті К_ир, смуга частот підсилюваних коливань 2f_n і вибірковість, оцінювана по еквівалентній добротності Q_екв.

Оцінку показників підсилювача зробимо на основі аналізу його еквівалентної схеми (рис. 11.16, в). Контур LC у колі колектора шунтований активними опором R_H, опором колекторного переходу r_K=1/h_22E і паразитною ємністю С_n, рівній сумі ємності колекторного переходу С_K, ємності монтажу С_м, міжвитковій ємності котушки C_в і ін. З урахуванням ємності С_n знаходимо резонансну частоту контуру f_p:

Відзначимо, що ємність С_п може бути рівна десяткам і навіть сотням пікофарад і співрозмірна з ємністю конденсатора контуру, якщо остання мала. Ємність С_п точно розрахувати неможливо. Тому при заданій частоті f_o необхідно передбачити підстроювання контуру. Його здійснюють звичайно спеціальним підстроєчним конденсатором, що включають паралельно контуру.

Опір паралельного контуру на резонансній частоті Z_кон.р можна виразити через опір втрат у контурі r, індуктивність котушки L і загальну ємність контуру C+С_п:

На частоті, відмінній від резонансної, але близькій до неї,

Шунтуючі опори r_K і R_H можна перерахувати в еквівалентні їм опори , що включаються послідовно з котушкою індуктивності контуру. З урахуванням цих опорів можна обчислити еквівалентний опір колекторного кола на резонансній частоті:

і еквівалентну добротність контуру

Якщо опір навантаження R_H є малим і його підключення паралельно контуру сильно знижує його добротність Q_екв, застосовують трансформаторне чи автотрансформаторне підключення його до контуру. Підключення навантаження опором R_H до частини витків котушки з числом, рівним w₂, еквівалентно підключенню навантаження опором паралельно контуру. Аналогічно при малих опорах r_K здійснюють автотрансформаторний зв'язок транзистора з контуром, у коло колектора включають частину котушки контуру з числом витків w₁. Паралельно контуру виявляється приєднаним опір

Очевидно, амплітуда вихідної напруги на резонансній частоті U_вих.m= -h_21ЕІ_БmZ_екв.р, а коефіцієнт підсилення каскаду

К_up= -

На частоті, відмінній від резонансної,

Коефіцієнт підсилення К_и є функцією частоти і пропорційний опору контуру z_к. Графічно залежність К_и=(f) виражається кривої (рис. 11.16, г), що повторює криву залежності опору паралельного контуру від частоти.

Для формування визначеної частотної характеристики підсилювача в коло колектора транзистора можуть бути включені складні фільтри.