Избирательные усилители

Избирательными или селективными называются усилители, имеющие узкую полосу пропускания и усиливающие сигналы толь­ко в пределах этой полосы. За пределами полосы пропускания усиление значительно меньше, либо вообще отсутствует.

Избирательные усилители применяются для усиления сигналов как на высоких, так и на низких частотах. Они используются в селективных вольтметрах, анализаторах спектра, синтезаторах частоты, измери­телях нелинейных искажений и многих других радиоизмерительных приборах. Кроме того, такие усилители являются одним из важнейших каскадов радиопередающих и радиоприёмных устройств. По принци­пу действия избирательные усилители делятся на резонансные и усилители с частотно-зависимой обратной связью.

В резонансных усилителях узкая полоса пропускания обеспечивается использованием в качестве нагрузки выходной цепи транзистора
параллельного LC-контура, обладающего частотно-избирательными
свойствами.

В усилителях с частотно-зависимой обратной связью используют­ся цепи частотно-зависимой обратной связи, усиливающие или подав­ляющие сигналы в узком диапазоне частот, что предопределяет резо­нансный характер частотной характеристики усилителя.

Резонансные усилители. В зависимости от вида резонансной цепи резонансные усилители подразделяются на одноконтурные, двухконтурные, многоконтурные, усилители с пьезоэлектрическими и электромеханическими фильтрами, усилители с резонансными линиями и объёмными резонаторами.

В зависимости от вида АЧХ различаются усилители резонансной частоты и полосовые усилители с АЧХ по форме, близкой к прямоу­гольной. В резонансных усилителях нагрузкой выходной цепи усили­тельного элемента является параллельный колебательный контур (фильтр), имеющий высокое сопротивление для резонансной частоты и малое сопротивление для других частот. Транзистор может быть включён по схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором, однако в большинстве случаев используются схема с общим эмиттером, обеспечивающая максимальное усиление по мощности с малым уровнем шума. Частотная характеристика резонансного усилителя определяется параметрами колебательного контура, причём избирательные свойст­ва контура могут быть наиболее полно реализованы в схеме усилителя при условии малого шунтирования контура выходным сопротивлени­ем источника сигнала и входным сопротивлением нагрузки. Известно, что транзистор имеет низкие входные и

выходные сопротивления. Поэтому при построении схем транзисторных

усилителей приходится считаться с шунтирующим действием этих сопротивлений на контур, ведущий к снижению коэффициента усиления каскада и ухудшению его избирательных свойств.

Для уменьшения влияния транзисторов (данного каскада и сле­дующего) на контур в схемах резонансных усилителей, как правило, используют неполное включение контура в коллекторную цепь тран­зистора. Такое включение может быть достигнуто, например, с помо­щью автотрансформаторной схемы включения контура (рисунок 1.77).

Рисунок 1.77 - Схема принципиальная резонансного усилителя (а) и

амплитудно - частотная характеристика (б).

Данная схема состоит из следующих элементов: индуктивность L₁ совместно с конденсатором С₁ образуют параллельный колебательный контур, резисторы R₁ и R₂ предназначены для создания напряжения смещения на транзистор VT, разделительные конденсаторы C_p1 и С_р2 выбираются таким образом, чтобы они не оказывали влияние на частот­ную характеристику резонансного усилителя. Коэффициент усиления резонансного усилителя максимален при
совпадении частоты усиливаемого сигнала f_c с резонансной частотой
колебательного контура fо=1/2π√L₁·C_экв, уменьшаясь на других час­тотах.

Усилители с частотно-зависимой обратной связью. Резонансные и полосовые усилители дают хорошие результаты лишь при рабочей частоте порядка единиц килогерц и выше. На бо­лее низких частотах индуктивность резонансного контура оказывается чрезмерно большой и контур становится громоздким и дорогим. Катушка индуктивности такого контура содержит много витков тонкого провода и очень чувствительна к наводкам и помехам, а также ухудшаются технические (добротность, избирательность) показатели. Поэтому избирательные усилители, предназначенные для работы на частотах

порядка сотен герц и ниже, обычно строятся с использовани­ем частотно-избирательных фильтров типа RC в цепи отрицательной обратной связи.

Структурная и принципиальная схема приведена на рисунке 1.78,а.б Т-образный фильтр включается в цепь отрицательной обрат­ной связи. На квазирезонансной частоте f_o фильтр вносит максималь­ное затухание в сигнал, проходящий с выхода на вход. Поэтому глуби­на отрицательной обратной связи практически равна нулю и усиле­ние сигнала оказывается максимальным. На частотах, отличающихся от квазирезонансной, затухание, вносимое фильтром, уменьшается. При этом усиливается отрицательная обратная связь и соответствен­но уменьшается усиление сигнала. Частотная характеристика такого усилителя (рисунок 1.78,а) напоминает резонансную характеристику колебательного контура и, следовательно, приведенная схема по своим свойствам подобна избирательному усилителю с нагрузкой в виде ко­лебательного контура.

Рисунок 1.78 - Структурная и принципиальная схема усилителя с частотно зависимой обратной связью на двойном Т – образном фильтре

Для того, чтобы избежать влияния малого сопротивления источника входного напряжения на фильтр, между входом усилителя и фильтром включают развязывающий резистор Rг. Величи­на сопротивления этого резистора составляет 1,2 МОм.

Каскодная схема на полевых транзисторах и с резонансным контуром

Один из способов устранения ёмкостной обратной связи и эффекта Миллера, который можно реализовать как на биполярных, так и на полевых транзисторов. В случае полевых транзисторов один из которых VT1 включается по обычной схеме с общим истоком, но вместо нагрузки и получения выходного сигнала непосредственно на стоке этого транзистора вводится другой полевой транзистор VT2, причем этот транзистор включен по схеме с общим затвором. Этот принцип применяется в предусилителях, в приёмниках FM – диапазона (рисунок 1.79)

.

Рисунок 1.79 – Предусилитель для радиодиапазона коротких волн на полевых

транзисторах с р-п- переходом в каскодном включении

Насхеме (рисунок 1.79) транзистор VT1 включен по схеме с общим истоком. В цепь стока транзистора VT1, включен транзистор VT2 по схеме с общим затвором, так что сопротивление нагрузки в цепи стока транзистора VT1 равно 1/S и это сопротивление очень мало по величине. Если оба полевых транзисторов имеют одинаковую крутизну S, то коэффициент усиления напряжения на транзисторе VT1 равен

Кu ≈ - S R ≈ -S (1/S) ≈ -1. (1.79)

Благодаря этому единичному усилению напряжение сигнала на емкости сток-затвор транзистора VТ1, пренебрежимо мало и эффект Миллера несущественен.

Оконечная нагрузка Z_L помещена в цепь стока транзистора VT2 и в дан­ном случае представляет собой резонансный контур с большим сопротивле­нием на нужной частоте. Поскольку ток стока транзистора VT2 должен рав­няться току стока транзистора VT1, на стоке транзистора VT2 возникает напря­жение выходного сигнала, а коэффициент

усиления напряжения всей схе­мы в целом оказывается, как обычно, равным SZ_L. Таким обра­зом, что роль верхнего транзистора VT2 в каскодной схеме сводится к тому, чтобы поддерживать напряжение на стоке нижнего транзистора VT1 постоян­ным и в то же время полностью передавать колебания его тока стока в на­грузку Z_L. Поэтому здесь и коэффициент усиления напряжения, и большое входное сопротивление обычной схемы с общим истоком достигаются без потерь на высоких частотах из-за емкости обратной связи в транзисторе VT1 напряжение сигнала на которой пренебрежимо мало.

Рисунок 1.80 – Схема предусилителя на п- канальном МОП – транзисторе с

двумя затворами

На рисунке 1.80, в каскодной схеме к двум полевым транзисторам в одном корпусе, есть конструкция с одним каналом и двумя затворами. Таковым является МОП – транзистор с двумя затворами, иногда применяемый для усиления на высоких частотах. МОП – транзистор с двумя затворами представляет собой твердотельный эквивалент лампового тетрода (с экранной сеткой); затвор служит электростатический экран между стоком и затвором, приводя таким образом к значительному уменьшению ёмкости обратной связи до столь малой величины, равной ламповому триоду.

Дата добавления: 2014-01-04