Фильтрующие свойства параллельного колебательного контура.

		rвн		L		C
					Uвых
			RL

Определим коэффициент передачи и эмпенданст параллельного колебательного контура:

,

(2).

Преобразуем выражение (2): умножим числитель и знаменатель на комплексно-сопряженное число.

(3)

(4) = - активное эквивалентное сопротивление;

(5) = - реактивное эквивалентное сопротивление.

Из (4) и (5) видно, что эквивалентные активные и реактивные сопротивления зависят от частоты, т.к. - относительная расстройка.

.

На резонансной частоте ( =0). = , =0.

Этот факт значительно облегчает параллельный колебательный контур от последовательного колебательного контура.

Построим графики зависимостей функций (), () нормированных на .

;

.

Если =0, то =1, =0.

Если = , то =0,5, = 0,5.

Подставим (2) в (1):

(6)

(7),

(*),

.

Для нахождения аргумента воспользуемся выражением (6).

X

R

(8)

R – активное сопротивление,

Х – реактивное сопротивление.

Подставим R и Х из (8) в выражение (*)

(9).

Для нахождения полосы пропускания параллельного колебательного контура, определим расстройку , при котором коэффициент передачи уменьшается в по сравнению с его значением при резонансе ( =0).

,

(10),

,

,

,

(11),

;

;

(12).

Из выражения (12) следует, что полоса пропускания фильтра параллельного колебательного контура тем ближе к собственной полосе пропускания, чем меньше отношение , т.е. чем больше внутреннее сопротивление генератора.

Напротив, при стремящимся к нулю, полоса пропускания неограниченно возрастает, и контур полностью теряет свои избирательные свойства.

Лекция 4-5.

Тема: Электронные усилители. Апериодический и резонансный усилители. Активные цепи. Обобщенная схема усилительного каскада и его представление в виде четырехполюсника. Роль источника энергии и управляемого элемента. Требования к идеальному управляемому элементу. Режимы работы активных элементов (классы А, В, С). Электронные усилители. Классификация. Линейные параметры и характеристики: коэффициент усиления, полоса пропускания, коэффициент частотных искажений, АЧХ. Параметры и характеристики, обусловленные нелинейностью электронных приборов: динамический диапазон, коэффициент нелинейных искажений, амплитудная характеристика.

Обратная связь в усилителях. Структурная схема усилителя с обратной связью. Коэффициент усиления. Положительная и отрицательная обратная связь. Влияние обратной связи на характеристики усилителя. Повторители напряжения.

Для увеличения амплитуды, напряжения, силы тока, мощности электромагнитных колебаний используют специальные устройства, которые называют электронными усилителями.

По диапазону усиливаемых частот, усилители делятся на

- усилитель звуковой частоты – УЗЧ;

- усилитель радиочастоты – УРЧ;

- видеоусилители – ВУ.

Последние позволяют усиливать сигналы в широком диапазоне частот от десятков Гц до нескольких МГц.

Бывают также усилители:

- высоких частот – УВЧ;

- усилители сверх высоких частот - УСВЧ.

В общем виде усилитель можно рассматривать как активный четырехполюсник.

В радиотехнике четырехполюсникам уделяется большое внимание. Практически любую радиотехническую цепь от элементарной до сложной можно представить в виде четырехполюсников.

Четырехполюсник – устройство с четырьмя клеммами, на две из которых подается сигнал, а с двух других снимается сигнал.

Если исследуемое радиотехническое устройство имеет цепь питания, то в четырехполюснике клеммы питания не указываются.

Примеры четырехполюсников:

1. Делитель напряжения.

2.

Усилитель характеризуется коэффициентом передачи по току или по напряжению.

К_i – коэффициент передачи по току

К_u – коэффициент пердачи по напряжению

В общем случае эти величины комплексные.

Модуль коэффициента передачи называется коэффициентом усиления.

К_i= - коэффициент усиления по току.

К_u= - коэффициент усиления по напряжению.

Наряду с коэффициентом усиления по току и напряжению рассматривается и коэффициент усиления по мощности.

К_p=

Часто коэффициент усиления по току, напряжению и по мощности выражается в децибелах.

Если D_i=20, то К_i=10.

Если D_i=40, то К_i=100.

При прохождении через усилитель электрического сигнала, он в той или иной степени искажается, т.е. отличается форма выходного сигнала от формы входного сигнала. В связи с этим вводят характеристики, учитывающие эти искажения.

Основные причины вызывающие искажение сигнала связаны с:

1. наличием реактивных сопротивлений;

2. не линейностью полупроводниковых приборов.

Искажения, обусловленные 1ой причиной, называются частотными искажениями или линейными искажениями. Для качественной их оценки обычно указывают отношения коэффициента усиления на среднем участке частотной характеристики к коэффициенту усиления на нижней или верхней границах частотного диапазона.

K_в

w_в

w_н

K_н

w

К

М_н>1, М_в<1.

- коэффициент, оценивающий искажение электрического сигнала.

Обычно K_в и K_н выбирают таким образом, чтобы K_в =K* ; K_н=

Тогда величины - полоса пропускания.

Интервал частот , где коэффициент усиления K изменится в называется полосой пропускания.

Искажения, обусловленные 2ой причиной называются нелинейными искажениями сигнала.

Нелинейность ВАХ электронных приборов приводит к тому, что в спектре тока или напряжения электронного устройства появляются новые частотные компоненты (гармоники), которых не было в спектре входного сигнала. Степень подобного рода искажений характеризуется коэффициентом нелинейных искажений (коэффициентом гармоник).

Этот коэффициент определяется как:

w₁ – основная частота сигнала (первая гармоника);

w₂ = 2w₁ – вторая гармоника;

w₃ = 3w₁ – третья гармоника;

U₁ – напряжение первой гармоники;
U₂ – напряжение второй гармоники;

U₃ – напряжение третьей гармоники и т.д.

P₁ – мощность сигнала первой гармоники;
P₂ – мощность сигнала второй гармоники и т.д.

Коэффициент нелинейных искажений зависит от режима работы электронного прибора (например, электронная лампа, полупроводниковый транзистор, диод и т.д.)

В электронных приборах зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала является нелинейной зависимостью.

Лишь на ограниченном участке зависимость выходного напряжения от входного можно считать линейной.

На участке, ограниченном напряжением min и max коэффициент усиления можно считать постоянным.

,

Этот диапазон называется динамическим диапазоном усиления. Он также выражается в dB.

Чем больше динамический диапазон усилителя, тем качественнее этот усилитель.

За минимальный входной сигнал, воспроизводимый усилителем, принимают такой сигнал, который на выходе усилителя создает напряжение равное напряжению шумов.

.

Напряжение шумов на выходе усилителя обусловлено как внешними источниками: индивидуальные помехи, атмосферное и космическое излучение, так и внутренними источниками шума. Из внутренних источников шума выделяют 2 основных вида.

Тепловые шумы сопротивлений – это дробовые шумы. Первые возникают в результате хаотического движения свободных электронов в проводнике, которые приводят к появлению спонтанного электрического заряда и разности потенциалов на концах проводника.

Средний квадрат напряжений тепловых шумов определяется формулой Найнвиста:

,

k – постоянная Больцмана;

R – сопротивление проводника;
- полоса частот, регистрируемая прибором;

Т – абсолютная температура.

В полупроводниках дробовые шумы обусловлены случайным характером рекомбинации пар электрон-дырка.

Дата добавления: 2017-02-01