книги / Физические основы электроники
..pdfРис. 5.46 у///////,-///////////////////////////////////.
тот). У избира тельных усилите лей полоса про пускания являет ся узкой (рис.
5.46). На частоте ©о коэффициент усиления достигает макси мума, равного Кио. На остальных частотах коэффициент уси ления должен быть равен нулю.
Избирательные усилители можно разделить на резонанс ные, нагрузкой которых является резонансный контур (часто тно-избирательная нагрузка), полосовые, нагрузкой которых служит полосовой фильтр и узкополосные избирательные RCусилители с частотно-зависимой обратной связью.
На практике избирательные RC-усилители строят, как правило, с применением частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Четырехполюсник в цепи обратной связи под бирается так, чтобы угол сдвига фаз <р0с и коэффициент пере дачи цепи обратной связи р„о на частоте юо были равны нулю. Результирующий коэффициент усиления усилителя, охвачен
ного отрицательной обратной связью |
|
*"°с= , v V - |
(5-i°°) |
i + / f up„ |
|
Лучшими характеристиками обладает двойной Т-образ- ный мост, представляющий собой параллельное включение двух Т-образных четырехполюсников, первый из которых состоит из последовательно включенных конденсаторов Ci и Сг и параллельно включенного сопротивления Ri, а второй — из последовательно включенных сопротивлений Ri и Яг и параллельно включенного конденсатора Сэ (рис. 5.47). Т- образные мосты могут применяться в качестве заграждающих фильтров, коэффициент затухания которых при точной на стройке стремится к бесконечности. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики двойного Т-образного моста представлены на рис. 5.48.
Квазирезонансная частота моста определяется по формуле:
Hz
1>— |
„с< |
4 c t |— # г |
Рис-548 |
|
|
|
" Л |
|
|
|
|
U u |
Ц |
. _ г |
©о- |
|
1 |
|
|
Г СЬ |
____ !___ __ |
||
3 9---------------- |
л |
|
yjR\R2CiC2 |
||
|
|
|
(5.101) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При R \ - |
R i - 2R3 |
|
|
|
|
и С, = С2 = 0,5Сз |
||
|
' |
^ |
« - |
* . |
1 . |
|
N. |
-RjCj |
^2^2 |
= T V - (5-102)
КзС>
Принципиальная схема избирательного усилителя приведена на рис. 5.49. Основное
усиление по напряжению при сдвиге фазы на 180° обеспечи вается каскадом, построенным на транзисторе 7з, который включен по схеме с ОЭ. Цепь обратной связи (двойной Т- образный мост) точками 1 и 2 подключается к этому каскаду через эмиттерные повторители, включенные на транзисторах Тг и Та. Глубокая отрицательная обратная связь по постоян ному току через резисторы моста обеспечивает жесткую ста билизацию рабочих точек транзисторов, емкость С исключает самовозбуждение усилителя на высоких частотах. Входной сигнал подается в точку 3 двойного Т-образного моста. Вход ное сопротивление ветви 3 на квазирезонансной частоте ми нимально. Поэтому к точке 3 входной сигнал подается с низ коомного сопротивления R, являющегося частью эмиттерной нагрузки повторителя на общем входе избирательного усили теля Т\. Это снижает усиление входного сигнала.
Однако подача входного сигнала к ветви 3 улучшает из бирательность усилителя (на частотах со > 2соо и со < 0,5соо бо ковые ветви характеристики имеют постоянную скорость спа-
Рис. 5.49 V/////////////////////////////////////////////////////////////////////7////////////////////////////////////////////////////////
да). На рис. 5.50 показаны характеристики, поясняющие ра боту избирательного усилителя.
Стабильность амплитудно-частотной характеристики за висит от паразитных фазовых сдвигов и стабильностей дета лей моста. Дрейф коэффициента усиления сказывается мало. Настройка усилителя произ водится двумя переменными
сопротивлениями R3 и R2. Ес ли при отсутствии входного сигнала на выходе наблюда ются автоколебания с часто-
'////////////////////////У//////////////////////////////////////////////////////.
со
(JJo
той, близкой к частоте квазирезонанса моста, их можно уст ранить, уменьшая сопротивление Яг и увеличивая сопротив ление Яг. В усилителе имеется возможность плавного измене ния как резонансной частоты, так и полосы его пропускания. После настройки усилителя в резонанс полосу пропускания в обе стороны можно расширить, уменьшая Яг и увеличивая Яг.
Контрольные вопросы
1.Представить схему усилителя в виде активного четырехполюсника. Перечислить особенности усилителей тока, напряжения и мощности.
2.Дать классификацию усилителей по характеру усиливаемых сигналов.
3.Дать классификацию усилителей по ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот.
4.Перечислить основные показатели, характеризующие свойства уси
лителя.
5.Рассказать об основных режимах работы усилительных каскадов и области их применения. Перечислить преимущества и недостатки.
6.Особенности работы транзистора в схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.
7.Дать определение динамической характеристики усилительного каскада, типы динамических характеристик.
8.Перечислить виды межкаскадных связей усилителей.
9.Расскажите о схемах питания цепей транзисторов и стабилизации рабочей точки.
10.Нарисуйте схему однокаскадного усилителя на транзисторе и по ясните его работу.
11.Расскажите об особенностях работы усилителей мощности.
12.Принцип действия выходного каскада с трансформаторным вклю чением нагрузки.
13.Особенности работы и расчета двухтактных усилителей мощности
врежиме А' и В.
14.Дать определение обратной связи в усилителе.
15.Дать классификацию обратных связей усилителя.
16.Расскажите о влиянии обратной связи на свойства усилителя.
17.Способы снятия сигнала обратной связи усилителя и способы вве дения сигнала обратной связи.
18.Перечислите особенности работы усилителей постоянного тока.
19.Какие вы знаете методы уменьшения дрейфа нуля?
20.Расскажите о балансных схемах усилителей.
21.Нарисуйте схему и поясните работу дифференциального однокас
кадного усилителя.
22.Особенности построения операционных усилителей (ОУ). Обозна чения и область применения.
23.Расскажите об устройстве избирательных RC-усилителей и прин
ципе их работы.
24. Нарисуйте двойной Т-образный мост и основные его характери стики.
В усилителе, сдвигающем выходное напряжение на 180° относительно входного (коэффициент усиления — отрица тельная действительная величина), самовозбуждение возника ет в случае, если цепь обратной связи также вносит фазовый сдвиг, равный 180°, т.е. |(-/Q (~PU)| > 1.
В усилителях, не изменяющих фазу сигнала (коэффициент усиления — положительная вещественная величина), само возбуждение возможно, когда цепь обратной связи не вносит дополнительного сдвига по фазе, т.е. \(+Ки) (+р„)| > 1.
Если условие |Кир„| > 1 выполняется для ряда частот, то вы ходной сигнал генератора имеет несинусоидальную форму. Для возникновения гармонических колебаний условие |A“„p„| > 1 должно выполняться лишь для одной частоты.
Для поддержания незатухающих колебаний сигнал об ратной связи должен превышать некоторую критическую ве личину р„ > Ркр, а суммарный фазовый сдвиг усилитель — цепь обратной связи ср0с должен быть равным нулю или 2л. При анализе работы генераторов обычно отдельно рассмат ривают эти два условия.
Первое условие |/СРи| > + 1 называют условием баланса амплитуд. Второе условие срос = ср + фр = 0 ( или 2л) называют условием баланса фаз.
По принципу построения RC-генераторы можно разбить на две основные группы:
1)генераторы, у которых в RC-цепи обратной связи осу ществляется поворот фазы сигнала определенной час тоты на 180°;
2)генераторы, у которых в RC-цепи обратной связи фа зовый сдвиг сигнала определенной частоты равен ну лю.
RC-генератор с поворотом фазы в цепи обратной связи на 180°. В первой группе RC-генераторов фаза выходного на пряжения усилителя отличается от фазы входного на 180°. Для обеспечения баланса фаз на нужной частоте генерации цепь обратной связи должна тоже повернуть фазу на 180°. Такой поворот могут обеспечить цепи, выполненные в виде соединенных последовательно простых Г-образных цепочек R и С (рис. 6.1).
Наиболее употребительными являются трех- и четырех звенные цепочки. Поскольку каждая RC-цепочка на предель ных частотах (нулевой или бесконечно большой) вносит сдвиг по фазе 90°, то для получения сдвига фаз, равного 180°, на ча стоте, отличной от предельной, потребуется не менее трех це почек RC. Трехзвенную цепочку можно рассматривать как слож ный четырехполюсник. Для обеспечения баланса амплитуд ко эффициент усиления усилителя должен быть равен или пре вышать затухание четырехполюсника в цепи обратной связи.
Для обеспечения <рр = +180° необходимо выполнить усло
вие т3-6 т = 0 или т2= 6, где т = —^— . © CR
Это равенство имеет место на частоте генерации ©о. Под ставляя вместо т его значение через Л и С, находим частоту генерации (частоту «квазирезонанса» четырехполюсника):
®0 =лсЗГ
Передаточное число, которое на частоте ©о становится ве щественной величиной, равно
где U\ — напряжение на входе четырехполюсника; Ui — на пряжение на выходе четырехполюсника.
Коэффициент передачи цепи обратной связи
и |
u n |
£ г |
(6.6) |
Рм0~ |
t/„ |
Ut 29 ' |
|
|
|
Таким образом, схема, приведенная на рис. 6.1, может ге нерировать гармонические колебания с частотой соо, если ко эффициент усиления усилителя превышает 29.
Фазосдвигающие цепочки вносят значительное затухание на квазирезонансной частоте. Для возникновения генерации необходимы большие величины коэффициента усиления уси лителя (Ки= Ко > 1/р„о = 29).
Применяют и четырехзвенные цепочки, которые облада ют меньшим затуханием и для построения генератора требу ют усилитель с меньшим коэффициентом усиления.
Фазосдвигающие цепочки можно построить не только на конденсаторах и сопротивлениях, но также и на катушках индуктивности и сопротивлениях.
Принципиальная схема RC-генератора гармонических ко лебаний с поворотом фазы в цепи обратной связи на 180° приведена на рис. 6.2.
С точки зрения обеспечения баланса фаз такой генератор можно построить на одном транзисторе с ОЭ. Однако цепоч ка обратной связи шунтирует сопротивление R Kусилительно го транзистора и снижает его усиление, а малое входное соп-
ротивление транзистора резко увеличивает затухание четы рехполюсника.
Для уменьшения затухания четырехполюсника служит эмитгерный повторитель, выполненный на транзисторе Тг, осуществляющий функции согласования. Кроме того, для улучшения формы кривой генерируемых колебаний и сниже ния влияния элементов схемы в усилителях обычно применя ется сильная вещественная отрицательная обратная связь, которая, естественно, снижает коэффициент усиления усили теля. Поэтому без согласующего каскада схема RCгенератора работает неустойчиво либо вовсе не генерирует.
Частота генерации
(Во = V6 + 4/ |
(6.7) |
R -C ’
где / = RJRb4
Для поддержания незатухающих колебаний усилитель
должен иметь коэффициент усиления |
|
Ко > 29 + 23/ + 4Р. |
(6.8) |
С учетом того, что в усилитель введена вещественная от рицательная обратная связь, необходимый коэффициент дол жен быть несколько выше, чем определяется неравенством.
RC-генераторы без поворота фазы в цепи обратной связи. Если усилитель поворачивает фазу входного сигнала на 2л (например, двухкаскадный усилитель), то при охвате положи тельной обратной связью он может генерировать электриче ские колебания без включения в цепь обратной связи фази рующего четырехполюсника. Однако условия баланса фаз в таком генераторе выполняются для целого спектра частот, и колебания будут иметь несинусоидальную форму. Для полу чения колебаний синусоидальной формы элементом связи должен быть специальный четырехполюсник, обеспечиваю щий условия баланса фаз только для одной частоты. В таком четырехполюснике на частоте квазирезонанса соо угол сдвига фаз должен быть равен нулю, а коэффициент р„ должен иметь максимальное значение рцо.
Блок-схема RC-генератора с нулевым сдвигом фаз в цепи обратной связи приведена на рис. 6.3.
В цепи обратной связи установлен четырехполюсник, об разованный последовательно-параллельным соединением со противлений и конденсаторов.
Фазовый сдвиг равен нулю на некоторой частоте квазире зонанса:
©о = —= =1= = . |
(6.9) |
^ R xR 2C\C-l |
|
Коэффициент передачи цепи обратной связи |
|
1 |
(6.10) |
РиО - |
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////'