а б
Рис. 14.14. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы резонансного усилителя
В эквивалентной схеме резонансного усилителя на переменном токе (см. рис. 14.14, б) транзистор с крутизной Sв рабочей точке представлен в виде четырехполюсника с h-параметрами, реактивное сопротивление разделительного конденсатора Ср (см. рис. 14.4, а) считается равным нулю в диапазоне частот работы усилителя, а вывод источника напряжения питания Епподключен к общей шине. Транзистор представлен в виде параллельного соединения управляемого источника тока SUвхи выходного сопротивления 1/h22.
В эквивалентной схеме резонансного усилителя управляемый источник тока SUвх характеризует ток коллектора транзистора, индуктивность Lkи емкость Ск представляют собой параллельный колебательный контур, нагрузочное сопротивление Rн определяет входное сопротивление последующего каскада.
Коэффициент усиления напряжения резонансного усилителя в соответствии с рис. 14.14, б в формате h-параметров имеет вид
В качестве нагрузки транзистора здесь выступают параллельно соединенные индуктивность Lk, емкость Ск и сопротивление Rн. Откуда комплексная проводимость нагрузки Yн = jωСк - j(1/ωLk)+1/Rн. Отношение параметров h21и h11характеризует крутизну транзистора S= h21/h11. Тогда
(14.9)
В выражении (14.9) величина (h22+ 1/Rн)/2Ск = δэкв называется эквивалентным коэффициентом затухания, а 1 /√(LкСк) =ω0 — резонансной частотой колебательного контура. Тогда
S1
Величина Qэкв = ω0/δэкв называется эквивалентной добротностью контура, а
— обобщенной расстройкой контура. С учетом этого окончательно
можно записать:
(14.10)
Рассматривая выражение (14.10), можно сделать следующие выводы, касающиеся свойств резонансного усилителя.
S1
1.
Модуль K(ω) = описывает АЧХ усилителя. На резонансной частоте ω0
контура (ξ= 0) коэффициент усиления K0 достигает максимального значения, т.е.
K0= S/(2Скδэкв). Эквивалентная добротность контура определяется параметрами элементов этого контура, в результате этого максимальный коэффициент усиления K0= SQ эквp/2. Видно, что с ростом крутизны S транзистора, ростом эквивалентной добротности Qэкви характеристического сопротивления р=1/(ω0Ск) контура максимальный коэффициент усиления возрастает. Так как Qэкв = 1/(h22+1/Rн), можно заключить, что, чем больше сопротивление нагрузки Rн и меньше выходная проводимость h22 коллекторной цепи транзистора, тем выше максимальный коэффициент усиления резонансного усилителя.
2. Разделив модуль коэффициента усиления напряжения K(ω) резонансного усилителя (14.10) на максимальный коэффициент усиления напряжения К0 на резонансной частоте, получим нормированную АЧХ резонансного усилителя (рис. 14.15, а). При обобщенной расстройке контура ξ= ±1 (соответствует граничным частотам fB и fH, полосы частот работы усилителя) коэффициент усиления снижается до уровня 0,707 его максимальной величины.
3. При увеличении тока коллектора транзистора в исходной рабочей точке растет крутизна Sи, как следствие, возрастает максимальный коэффициент усиления резонансного усилителя.
4. Нормированная ФЧХ φ = -arctgξ резонансного усилителя располагается во втором и четвертом квадрантах системы координат (рис. 14.15, б). На границах полосы пропускания контура ξ = ±1 дополнительный набег фазы φ ±45°.
Рис. 14.15. Нормированные АЧХ (а) и ФЧХ (б) резонансного усилителя
5. Диапазон частот, ограниченный коэффициентом усиления напряжения на уровне 0,707, определяется выражением 2Δω0 = ωо/Qэкв. Таким образом, чем выше эквивалентная добротность контура, тем лучше избирательные свойства резонансного усилителя, т.е. полоса частот, в которой происходит усиление спектральных составляющих сигнала, сужается.
6. Каскадное соединение nидентичных резонансных усилителей позволяет увеличить коэффициент усиления полного усилителя. На границах полосы пропускания контура ξ= ±1 коэффициент усиления будет определяться выражением К(ω) = (K0/√2)n.Увеличение числа каскадно-соединенных резонансных усилителей позволяет повысить избирательность усилителя. В этом случае диапазон частот работы усилителя будет определяться выражением 2Δω0 /√n.
14.7. Операционные усилители и их свойства
Охват петлей глубокой ООС устройства с высоким исходным коэффициентом усиления обеспечивает зависимость реального коэффициента усиления и стабильность параметров усилителя только от элементов, входящих в цепь ООС (см. гл. 12). Роль устройства с высоким коэффициентом усиления выполняют операционные усилители (ОУ).
Операционный усилитель представляет собой электронную схему, имеющую два входа и один выход (рис. 14.16, а), выводы подключения источников питания (рис. 14.16, б) и выводы подключения элементов коррекции АЧХ ОУ (имеются ОУ с внутренней коррекцией, поэтому эти выводы могут отсутствовать).
На рис. 14.16 показаны графическое обозначение и схема включения ОУ. Сигнал с инвертирующего входа (кружок на рис. 14.16, а) проходит к выходу ОУ в инверсном виде, т.е. выходной сигнал сдвинут по фазе относительно входного сигнала на 180°. Сигнал с неинвертирующего входа проходит к выходу ОУ, не изменяя фазы.
По своему построению ОУ относятся к усилителям постоянного тока, т.е. к усилителям, позволяющим усиливать сигналы от нулевой частоты до некоторой граничной частоты. Это достигается за счет того, что между каскадами в ОУ используется только непосредственная связь.
Качество устройств на основе ОУ прямо зависит от того, насколько свойства и параметры реальных ОУ приближаются к свойствам идеальных ОУ.
В данном случае под идеальным ОУ понимают устройство, отвечающее следующим требованиям:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.