Лекція 13

Тема: Резонансні підсилювачі напруги

1 Частотна характеристика двохкаскадного підсилювача напруги з ємнісним зв’язком.

2 Зворотній зв’язок у підсилювачах.

3 Загальні відомості про резонансні підсилювачі.

4 Приклад схеми резонансного підсилювача на біполярному транзисторі.

1 Типова частотна характеристика двохкаскадного підсилювача з ємнісним зв’язком наведена на рисунку 13.1

К_підс Вплив Вплив ХС_вх

ХС₂

t_вх

0 НЧ СЧ ВЧ

Рисунок 13.1—Частотна характеристика підсилювача

На рисунку 13.1: НЧ—нижні частоти;

СЧ—середні частоти;

ВЧ—верхні частоти якогось частотного діапазону.

В області нижніх та верхніх частот має місце зменшення коефіцієнта підсилення або завал частотної характеристики. Пояснюється це наступним, на нижніх частотах збільшується ємнісний опір конденсатора С2 (рисунок 12.3). Це призводить до збільшення втрат напруги на цьому конденсаторі тому на вхід другого каскаду надходить напруга меншої величини, це у свою чергу призводить до зменшення величини вихідної напруги підсилювача:

В області верхніх частот на величину коефіцієнту підсилення впливає зменшення ємнісного опору паразитної вхідної ємності транзистора рисунок 13.2.

С _{прохідна}

і_вх

С_вих

С_вх

Рисунок 13.2—Паразитні ємності біполярного транзистора.

В області верхніх частот зменшується ємнісний опір Свх., це призводить до того, що частково шунтується емітерний р-п перехід транзистора VT2, тому транзистор частково втрачає властивості підсилення сигналу.

2 Зворотнім зв’язком у підсилювачах називають таке явище, при якому частина вихідного сигналу подається або попадає на вхід.

У першому випадку зворотній зв’язок не має спеціальної назви. У другому випадку зворотній зв’язок називають паразитним.

Структурна схема підсилювача зі зворотнім зв’язком наведена на рисунку 13.3

1

U_вх

U_вх U_B U_вх

2

В

Рисунок 13.3—Зворотній зв’язок у підсилювачах

На рисунку 13.3: 1—підсилювач;

2—пристрій зворотного зв’язку.

Це може бути провідник, резистор, конденсатор, трансформатор та таке інше.

Uвх.—вхідна напруга підсилювача при відсутності зворотного зв’язку;

U’вх.—вхідна напруга підсилювача при наявності зворотного зв’язку;

U_ —напруга зворотного зв’язку;

—коефіцієнт зворотного зв’язку, він показує, яка частина сигналу з виходу подається на вхід, цей коефіцієнт може змінюватись від 0 до 1: =01, якщо =0, то зворотній зв’язок відсутній; якщо =1, то зворотній зв’язок називається глибоким. У практичних схемах підсилювачів  має такі величини:=0,020,03.

Напруга зворотного зв’язку відносно вхідної напруги може діяти наступним чином:

1) U’вх=Uвх+U. У цьому випадку зворотній зв’язок називається позитивним;

2) U’вх=Uвх-U У цьому випадку зворотній зв’язок негативний.

Зворотній зв’язок впливає практично на всі показники роботи підсилювача і в першу чергу на коефіцієнт підсилення. При позитивному зворотному зв’язку коефіцієнт підсилення збільшується, при негативному зменшується. Одночасно з ним, при позитивному зворотному зв’язку, збільшуються похибки у роботі підсилювача, при негативному—похибки зменшуються. У зв’язку з цим у підсилювачах вводять негативний зворотній зв’язок.

Приклад схеми одно каскадного підсилювача напруги з негативним зворотнім зв’язком наведено на рисунку 13.4

Рисунок 13.4—ПНЧ зі зворотнім зв’язком

Вимикання конденсатора С3 з кола температурної стабілізації призводить до наступного: вихідна напруга цієї схеми у загальному вигляді дорівнює:Uвих=k₁Ік де k₁—це коефіцієнт пропорційності

Uвих=Ек-ІкR3

Для схеми з загальним емітером величина колекторного струму практично дорівнює величині емітерного струму, тоді

Ік=Іе, Uвих=k₁Іе

При вимиканні конденсатора С3 емітерний струм можна розглядати у вигляді наступної суми:

Іе=Іе₁+Іе₂

Іе₁—постійна складова емітерного струму, величина якої залежить від напруги джерела живлення і в процесі роботи схема не змінюється: Іе₁=k₂Ек=const

Іе₂—зміна, складова емітерного струму, величина якої залежить від величини вхідної наруги і у процесі роботи схеми підсилювача вона змінюється: Іе₂=k₃Uвх=Uar.

Падіння напруги від змінної складової емітерного струму на резисторі R4, це є напруга зворотного зв’язку: Язв.зв=Іе₂ R4

Напруга зворотного зв’язку за допомогою резистора R2 подається на базу транзистора, тобто на вхід підсилювача.

Припустимо, що вхідна напруга збільшує струм транзистора, тоді збільшується напруга зворотного зв’язку, збільшується позитивний потенціал на базі. Це призводить до зменшення струму, таким чином напруга зворотного зв’язку діє на зустріч вхідній напрузі, це означає що зворотній зв’язок є негативним.

3. Резонансним називаються підсилювачі які з спектру частот вхідного сигналу виділяють та підсилюють сигнал однієї частоти. Базова область використання таких підсилювачів це радіотехнічна. Загальний принцип побудови , загальні показники та призначення багатьох елементів резонансного підсилювача подібні відповідним показникам та лементам підсилювача низької частоти.

Відрізняються резонансні підсилювачі від підсилювачів низької частоти наступним:

1—частотною характеристикою рисунок 13.5

К_підс

U_підс.max

0 t_вх

t_вх.рез.

Рисунок 13.5—Частотна характеристика резонансного підсилювача.

2—характером колекторного навантаження транзистора.

У резонансному підсилювачі колекторне навантаження—це коливальний контур наступного вигляду рисунок 13.6

L

С

Рисунок 13.6—Навантажувальний контур

4. Принципова схема резонансного підсилювача наведена на рисунку 13.7

Рисунок 13.7—Принципова схема резонансного підсилювача.

Працює схема наступним чином, за допомогою конденсатора С2 коливальний контур настроюється на одну з частот вхідного сигналу. При надходженні сигналу обраної частоти у коливальному контурі проходить резонанс струму. При цьому струм у контурі, тобто колекторний струм транзистора, стає мінімальним, відповідно вихідна напруга стає максимальною. На усіх інших частотах резонанс відсутній, струм у колекторі значний, вихідна напруга максимальна.