книги из ГПНТБ / Бобровников Л.З. Радиотехника и электроника учебник

В области звуковых частот изоляция обеспечивается применением трансформаторов и в цепях запуска, и в цепях нагрузки. На инфразвуковых частотах трансформаторы не применимы и запуск осущест­ вляется светом.

Если освещен верхний фоторезистор (рис. 88), то его сопротивле­ ние мало и в цепи базы верхнего транзистора протекает ток, поддер­

каться как с помощью трансформаторов, так и с использованием светодиодов и фоторезисторов, поскольку для их запуска требуются весьма короткие импульсы (единицы — десятки микросекунд), оди­

рах. Для работы инвертора импульсы запуска должны подаваться попеременно на тиристоры Tl — Т4 ж Т2 — ТЗ. Особенностью инвер­ тора является применение диодов Д1 — Д4 (называемых отсекаю­ щими), назначение которых состоит в том, что они в момент переклю­

чего переключение тиристоров происходит значительно быстрее и

180

не позволяет получать однополярные или разнополярные импульсы тока с паузами. Это объясняется тем, что выключение одного тири­ стора происходит только во время включения другого, вследствие чего в инверторе имеются только два устойчивых состояния равно­ весия. Наличие паузы в токе означает, что выключены все тиристоры, т. е. должно иметься третье устойчивое состояние равновесия. Этоможет быть достигнуто в том случае, если каждый тиристор в инвенторе можно будет выключать независимо от других. Для независи­ мого выключения каждого тиристора необходим дополнительный тиристор. В частности, на рис. 90, а приведена схема с принудитель­ ным выключением тиристора Т1. При подаче импульса запуска на,

Рис. 90.

первый тиристор происходит его включение и начинается заряд, конденсатора Ск через достаточно большое сопротивление R'^ (вместокоторого можно также использовать тиристор). Когда подается импульс выключения (сброса) на базу второго тиристора, происхо­ дит выключение первого. После разряда-перезаряда конденсатора второй транзистор выключается (поскольку величина сопротивле­ ния /?„ столь велика, что ток второго тиристора мал и не в состоя­ нии поддерживать его в открытом состоянии). На основе рассмотрен­ ной схемы выполняются инверторы с тремя устойчивыми состоя­ ниями (рис. 90, б).

Рассмотренные схемы инверторов питаются от источников посто­ янного напряжения. Однако инверторы можно питать переменным, или пульсирующим током. При этом (в зависимости от схемы инвер­ тора) может происходить как перемножение усиливаемого сигнала на переменное напряжение питания, так и суммирование. Все это. открывает дополнительные возможности для создания различной радиоэлектронной аппаратуры и широко используется на практике.

Упражнения к главе X I I I

1. Нарисуйте примерную форму напряжения на выходе нелинейного уси­ лителя с ограниченной полосой пропускания, если на его входе действует прямо­ угольное знакопеременное напряжение (см. рис. 4, в).

181=

2.Нарисуйте примерную форму тока в сопротивлении нагрузки инвертора, выполненного по схеме, приведенной на рис. 87, б.

3.Можно ли инвертор выполнить: а) на туннельных диодах; б) на динпсто-

рах?

Глава XIV

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

Электрическим фильтром называется устройство, служащее для выделения (или подавления) колебаний заданной частоты. Фильтры могут быть пассивными, состоящими только из пассивных L , С, R элементов, и активными, если в их схеме имеются усилительные элементы.

в

АА

Рис. 91.

В зависимости от диапазона частот и требуемых характеристик фильтры могут быть выполнены как: a) LC фильтры, составленные из индуктивностей и емкостей (на частотах от десятков герц до сотен мегагерц); б) пьезоэлектрические, электромеханические и магнитострикционные фильтры, которые аналогичны LC фильтрам с чрез­ вычайно малыми потерями. Электромеханические фильтры могут работать на частотах от нескольких десятков герц до нескольких мегагерц, магнитострикционные — от нескольких килогерц до не­ скольких сотен килогерц, пьезоэлектрические—от нескольких сотен герц до десятков мегагерц; в) активные RC фильтры, которые обычно применяются на звуковых и инфразвуковых частотах.

Основными характеристиками фильтра являются ширина полосы пропускания и избирательность. По характеру полосы пропускае­ мых частот фильтры делятся на пять видов: 1) фильтры нижних частот, пропускающие колебания всех частот, начиная от постоян­

начиная с некоторой нижней граничной частоты / н и кончая беско-

182

нечно высокой (рис. 9 J , 6 ) ; 3) полосовые фильтры, пропускающие' колебания частот выше некоторой нижней частоты / н и ниже верх­ ней частоты / в (рис. 91, в); 4) режекторные (заграждающие) фильтры, не пропускающие колебаний некоторой частоты / р или полосы частот

мается его способность разделить два колебания (или две группы колебаний), частоты которых более или менее близки. Количествен­ ной мерой избирательности фильтра является крутизна спада коэф­

ф (со) = — arctg сот.

Избирательность фильтра сравнительно невысока. Коэффициент передачи К (со) медленно уменьшается с повышением частоты (рис. 92, б). В таких случаях под полосой пропускания понимается полоса частот, в которой К (со) больше 0,707 от максимального зна­ чения.

Крутизна спада К (со) у одиночного RC фильтра не превышает 4—5 дб/окт. Для увеличения разрешающей способности часто применяются многозвенные RС фильтры. При этом для уменьшения влияния одной цепи на другую необходимо разделять их усилите­ лями или подбирать RC элементы особым образом. Если первое звено состоит из резистора R и конденсатора С, то во втором исполь­ зуются резистор aR и конденсатор С/а, где а = 5 -т-10. Крутизна спада К (со) в двух-трехзвенных RC фильтрах не превышает 12 дб/окт. Особенностью многозвенных фильтров является то, что на некоторой частоте фазовый сдвиг между выходным и входным напряжениями составляет 180°. Это позволяет создавать фильтры с полюсом зату­ хания. На рис. 92, в приводится принципиальная схема трехзвенного RC фильтра подобного типа. Если элементы подобраны такг

183

коэффициента передачи у фильтров с полюсом затухания может

Рис. 92.

Недостатком RC фильтров является сильное ослабление сигнала в полосе пропускания из-за наличия большого падения напряжения на сопротивлениях. У LC фильтров этот недостаток отсутствует, в полосе пропускания ослабление сигнала минимально. С помощью LC фильтров может быть достигнута большая крутизна спада К (со) в результате использования резонансных явлений, которые невоз­

фильтра, определяемое из условий согласования фильтра с нагрузкой и источником сигнала.

Для нормальной работы фильтра RQ = RH — R,. Таким обра­ зом, величина R0 определяется в общем случае достаточно произ-

184

вольно, однако если фильтр многозвенный и состоит из нескольких Т- или П-образных звеньев, каждое звено должно иметь одно и то же характеристическое сопротивление. Крутизна спада К (со) может

поэтому применяют двухили трехзвенные фильтры. При этом кру­ тизна спада доходит до 15 дб/окт.

сдвинуты по фазе на 180°. Примерная зависимость коэффициента

185

Полосовой фильтр может быть выполнен в виде последователь­ ного соединения двух фильтров — фильтра нижних частот и фильтра верхних частот, характеристики которых подобраны так, что имеется перекрывающийся участок (рис. 94, а). В зависимости от требуемой избирательности полосовой фильтр может быть составлен из однозвенных или многозвенных RC или LC фильтров нижних и верхних

К((о)

Рис. 93.

частот. При этом характеристические сопротивления для LC филь­ тров нижних и верхних частот должны быть одинаковы, а для RC фильтров необходимо взаимное влияние звеньев свести к минимуму

186

Полоса пропускания

L X J

Рис. 94.

циенты передачи обоих фильтров одинаковы и определяются по формуле

- 1

(223)

На частоте квазирезонанса сор = [RC] 1 коэффициент передачи К (со) = —, а ф (со) = 0. Рассмотренные пассивные RС фильтры

187

ренный в § 58.

Ширина полосы пропускания колебательного контура обычно не превышает нескольких процентов от резонансной частоты. Рас­ ширение полосы может быть достигнуто за счет введения дополни­ тельного затухания в LC контур путем его шунтирования сопроти­

Рис. 95.

«пада К (со) при этом уменьшается. Если полоса пропускания долж­ на быть широка, а крутизна спада коэффициента передачи за пре­ делами полосы пропускания — велика, то применяются полосовые LC фильтры типов кит (рис. 94, е, ж). Элементы фильтров опреде­ ляются по формулам:

188

Коэффициент т принимают равным 0,5—0,65. Частоты бесконеч­ ного затухания взаимосвязаны выражением

f . /н/в /он — ' /ов

Произвольно можно выбрать только одну из частот бесконечного

ного LC контура, включаемого между источником сигнала и нагруз­ кой, поскольку в момент резонанса сопротивление контура макси­ мально. Последовательный LC контур должен включаться па­ раллельно нагрузке, ибо в момент резонанса его сопротивление минимально. Лучшие результаты могут быть достигнуты, если исполь­ зуется и последовательный, и параллельный LC контуры, настроен-

частот, применяют режекторные фильтры типа к или т (рис. 95, б, в).

( 2 2 5 >

Лучшим режекторным RC фильтром является симметричный двойной Т-образный мост (рис. 95, г), комплексный коэффициент передачи которого

139