Литература / (тоже супер) физосновы для экз

Как видно из выражений (4.72) и (4.73), параметры избирательного усилителя не зависят в явном виде от коэффициента усиления KU микросхемы. Важно только, чтобы KU 1, обычно достаточно KU ≥ 1000.

4.4.2. Избирательные усилители с LC-фильтрами

Для работы на высоких частотах f0 500 КГц избирательные усилители с RC-цепями непригодны из-за необходимости применять резисторы и конденсаторы с низкими значениями сопротивлений и емкостей. При этом резисторы начинают заметно нагружать усилитель (имеют значительные токи), а емкости конденсаторов становятся соизмеримыми с паразитными емкостями монтажа, входной и выходной емкостью усилителя, что ухудшает характеристики избирательного усилителя и снижает стабильность его работы. Поэтому на частотах f0 500 КГц и до самых высоких частот, достигающих десятков мегагерц, применяют избирательные усилители с LC-фильтрами.

Схемы однокаскадных избирательных усилителей с простейшим LC-фильтром (параллельным резонансным контуром) приведены на рисунке 4.44.

В усилителе на биполярном транзисторе (рис. 4.44а) параллельный резонансный контур включен в коллекторную цепь транзистора вместо резистора Rк. Назначение остальных элементов схемы было рассмотрено при анализе работы

Рис. 4.44

Схемы однокаскадных избирательных усилителей с LC-фильтром на биполярном транзисторе (а) и полевом транзисторе (б)

однокаскадного усилителя с общим эмиттером. Аналогична схема избирательного усилителя на полевом транзисторе (рис. 4.44б). Схема замещения резонансного усилителя на биполярном транзисторе показана на рисунке 4.45. В схе-

уравнений.

Комплексный коэффициент усиления избирательного усилителя легко определить с помощью схемы замещения (рис. 4.45):

где Z — комплексное сопротивление резонансного контура. Для большинства транзисторов выходная проводимость h22 = 10–5–10–7 см, так что слагаемое |h22Z| 1 и в формуле (4.74) им можно пренебречь. Тогда коэффициент

усиления

где z — модуль комплексного сопротивления резонансного контура.

Из выражений (4.75) и (4.76) видно, что частотная зависимость коэффициента усиления избирательного усилителя совпадает с частотной зависимостью сопротивления резонансного контура, так как транзисторы, применяемые в избирательных усилителях, всегда выби-

рают так, что их параметры h11 и h21 не зависят от частоты вблизи резонансной частоты контура ωрез, по крайней мере, до (3–5) ωрез.

Рассмотрим частотную зависимость сопротивления резонансного контура:

Учитывая, что добротность применяемых в избирательных усилителях катушек Q = (ωL)/r 1, т. е. их активное сопротивление много меньше индуктивного, величиной r в числителе можно пренебречь. Тогда выражение (4.77) примет вид

Как видно из (4.78), сопротивление контура Z зависит от частоты и достигает максимума на резонансной частоте

на которой слагаемое ωL – 1/(ωC) = 0.

На резонансной частоте сопротивление контура становится чисто активным и равным

При анализе избирательных усилителей важную роль играет добротность контура

Резонансное сопротивление контура, выраженное через его добротность,

Из (4.76) и (4.78) легко получить выражение для комплексного коэффициента усиления избирательного усилителя:

Из полученных выражений видно, что максимальное усиление достигается на резонансной частоте, при этом коэффициент усиления становится чисто действительной величиной:

K = Kрез = h21 Rрез. (4.85)

h11

На рисунке 4.46 приведены частотные характеристики избирательного усилителя при различной добротности

На частотах выше 5 МГц добротность резонансных контуров снижается вследствие значительного увеличения потерь в конденсаторах и проводах катушек. На низких же частотах (f 50 КГц) не удается получить большое индуктивное сопротивление катушки при ее малом активном сопротивлении.

При работе низкоомного нагрузочного устройства во избежание шунтирования резонансного контура выходное напряжение снимают с дополнительной обмотки, намотанной на основную обмотку, или с части основной обмотки. Это так называемое трансформаторное подключение нагрузочного устройства (рис. 4.47), которое позволяет получить приведенное к первичной обмотке сопротивление нагрузочного

устройства R′н = Rн(w1/w2)2. Для получения приведенного сопротивления R′н Rн применяют понижающие трансформаторы с большим отношением w1/w2.

Для обеспечения большого усиления служат многокаскадные избирательные усилители, подключаемые

непосредственно или по трансформаторной, или по автотрансформаторной схемам. В многокаскадных избирательных усилителях резонансные контуры можно включать или на выходе в коллекторную, стоковую цепи, или на входе или одновременно на входе и выходе каскада. Часто в избирательных усилителях применяют многоконтурные LC-фильтры, которые позволяют получить сложную зависимость коэффициента усиления от частоты.

Избирательные усилители широко используют в технике связи для разделения каналов передачи информации, а также в других случаях, когда необходимо усилить только «полезный» сигнал и не усиливать сигнал «помехи».

4.4.3. Усилители мощности

Рассмотренные ранее усилительные каскады и многокаскадные усилители обеспечивают получение на выходе сигналов, мощность которых значительно превышает мощность входных сигналов. Однако для большинства из них (усилители напряжения) основным показателем работы является коэффициент усиления по напряжению при определенных допустимых значениях нелинейных и частотных искажений усиливаемого сигнала. Эмиттерный и истоковый повторители характеризуются также коэффициентом усиления по току.

В промышленной электронике очень часто возникает необходимость получения в нагрузочном устройстве максимальной мощности усиленного сигнала. Усилители, обеспечивающие выполнение этого условия, называют усилителями мощности. Они, как правило, являются выходными (оконечными) каскадами многокаскадных усилителей.

Нагрузочными устройствами усилителей мощности нередко являются обмотки электродвигателей, реле, громкоговорителей и другие элементы электрических цепей, имеющие сравнительно небольшие сопротивления (единицы и десятки ом). В этих устройствах требуется значительная мощность усиленного сигнала, достигающая в ряде случаев десятков и даже сотен ватт. Иногда выходная мощность может быть очень небольшой (десятки милливатт), но если усилитель должен обеспечить максимально возможное усиление мощности входного сигнала, то он также называется усилителем мощности. Таким образом, основным параметром, характеризующим работу усилителя мощности, является коэффициент усиления по мощности, равный произведению коэффициентов усиления по напряжению и по току:

KP = KUKI. (4.90)

Получение требуемой мощности в нагрузочном устройстве обеспечивается, прежде всего, выбором соответствующего усилительного элемента (транзистора). При выбран-

меньше. Для согласования сопротивления нагрузочного устройства с выходным сопротивлением усилителя мощности служат понижающие трансформаторы (рис. 4.48). Схема замещения усилительного каскада с трансформатором, нагруженным на резистор Rн, изображена на рисунке 4.49. На этой схеме трансформатор с нагруженным резистором Rн представлен резистивным элементом с сопротивлением R′н, равным приведенному к первичной обмотке трансформатора сопротивлению нагрузочного резистора:

где w1, w2 — число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Таким образом, при определенном коэффициенте трансформации трансформатора n = w1/w2 можно добиться равенства Rвых = R′н, т. е. выполнения условия получе-