1.10.3 Вибіркові підсилювачі

Вибіркові (селективні) підсилювачі призначені для підсилення електричних сигналів у вузькій смузі частот, за межами якої підсилення набагато слабше або взагалі відсутнє. Є два різновиди вибіркових підсилювачів. У першого з них вузька смуга пропускання забезпечується використанням паралельного LС-контуру, який має частотно-вибіркові властивості. Оскільки контур має резонансні властивості, такі підсилювачі називають резонансними. Вибіркові підсилювачі другого різновиду використовують кола частотно-залежного зворотного зв'язку, що підсилюють або подавляють сигнали у вузькому діапазоні частот. Це, власне, зумовлює квазірезонансний характер частотної характеристики підсилювача. Такі підсилювачі називають підсилювачами з частотно-залежним зворотним зв'язком. Ці підсилювачі з відповідним вмиканням кола частотно-залежного зворотного зв'язку можна використати як активні фільтри.

Резонансні підсилювачі. Типова схема резонансного підсилювача з резонансно-трансформаторним зв'язком показана на рисунку 1.43,а. Індуктивність коливального контура в колі колектора транзистора VТ за схемою зі СЕ (значно рідше використовуються схеми зі СБ і СК) створюється первинною обмоткою трансформатора зв'язку із зовнішнім навантаженням . Зв'язок із зовнішнім навантаженням можна здійснити

також через розділовий конденсатор (показано штриховою лінією). Призначення інших елементів таке саме, як і в однокаскадному підсилювачі з резистивно-ємнісним зв'язком. Зазначимо, що розділові конденсатори і слід обирати таких номіналів, щоб вони не чинили впливу на частотну характеристику резонансного підсилювача.

Власна кутова частота , характеристичний опір і добротність коливального контуру (рисунок 1.43,б) зв'язані з первинними параметрами L,R,С співвідношеннями:

Повна провідність контуру

Розв'язуючи спільно рівняння (1.66 та 1.67) і враховуючи, що, як правило, , одержимо

Якщо частота підсилюваного сигналу не дуже відрізняється від резонансної частоти коливального контуру, то

де

В цьому випадку рівняння (1.68) має вигляд

Опір контуру поблизу резонансу

і його модуль

Як правило, вираз (1.70) зводять до вигляду

де – опір коливального контуру на резонансній частоті .

Рисунок 1.43 – Резонансний підсилювач з резонансно-трансформаторним зв'язком

Цей опір в даному випадку має максимальне значення і активний характер. При опір контуру зменшується, що видно з його частотної характеристики (рисунок 1.43,в), яка побудована у відповідності до виразу (1.69) для необмежених значень . Резонансна крива коливального контуру, яка відображає залежність зміни напруги на контурі (вихідної напруги підсилювача) від частоти, має ідентичний характер. Отже, коефіцієнт підсилення резонансного підсилювача максимальний, коли частота підсинюваного сигналу збігається з резонансною частотою коливального контуру , зменшуючись на інших частотах. Його величина визначається за формулою

або з урахуванням рівностей (1.70) та (1.71)

де – коефіцієнт підсилення на резонансній частоті, коли .

Резонансний підсилювач також характеризується вибірковістю згідно з формулою (1.71)

Це величина перевищення підсилення на резонансній частоті порівняно з підсиленням на деякій частоті завади (звичайно на крайніх частотах смуги пропускання ). Підвищення вибірковості при заданій частоті, як це видно з рівняння (1.72), зв'язане зі збільшенням добротності контуру.

Підсилювачі з частотно-залежним зворотним зв'язком. Застосу­вання резонансних підсилювачів для підсилення сигналів низьких частот (десятки – сотні герц) недоцільне, оскільки зі збільшенням номіналів індуктивностей та ємностей погіршуються не лише їх технічні (добротність, вибірковість), але й експлуатаційні (маса, габаритні розміри) показники. В цьому випадку застосовують вибіркові підсилювачі з частотно-залежним зворотним зв'язком. На рисунку 1.44,а зображена схема такого підсилювача з колом частотно-залежного зворотного зв'язку у вигляді подвійного Т-подібного моста.

Рисунок 1.44 – Підсилювачі з частотно-залежним зворотним зв'язком

Амплітудно-частотна характеристика 2Т-моста показана на рисунку 1.44,б (крива 1). Оскільки транзистор за схемою зі СЕ зсуває фазу вхідного сигналу на 180˚, а фазовий зсув, який вносить 2Т-міст на квазірезонансній частоті дорівнює нулю, то загальний фазовий зсув по замкненій петлі підсилювач – 2Т-міст дорівнює 180˚. При цьому на частоті негативний зворотний зв'язок відсутній.

За відсутності негативного зворотного зв'язку коефіцієнт підсилення підсилювача на квазірезонансній частоті максимальний Зміщення від квазірезонансної частоти в любу сторону призводить до збільшення модуля коефіцієнта зворотного зв'язку, який наближається на деяких частотах та до значення, рівного одиниці. Це, в свою чергу, викликає зменшення модуля (крива 2 на рисунку 1.44,б).

Смуга пропускання вибіркового підсилювача

Вибірковість підсилювача з частотно-залежним зворотним зв'яз­ком

Тому можна зробити висновок, що підсилювач з частотно-за­лежним зворотним зв'язком характеризується еквівалентною доб­ротністю

де – добротність 2Т-мoста.

У зв'язку з тим, що на практиці звичайно застосовуються симетричні мости, тобто , та , то добротність моста при цьому максимальна