Избирательные усилители. Структурные схемы избирательных усилителей

~ ЛЕКЦИЯ 18 ~

ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Избирательными называются усилители, в которых осуществляют выделение полезного сигнала из ряда входных сигналов, ослабляя сигналы помехи. Используют избирательные усилители во всех многоканальных системах связи: при приеме телерадиопрограмм, в системах автоматического контроля и управления.

Избирательные усилители делят на:

-  полосовые;

-  резонансные.

Полосовые усилители осуществляют усиление сигнала в небольшом диапазоне частот, в котором отношение частот f_B/f_H= 1,001-1,1. Резонансные усилители усиливают сигнал только на частоте резонанса, когда f_C= f_P.

Зависимость коэффициента усиления в избирательном усилителе от частоты достигается включением частотных фильтров в цепь усиления или обратной связи (ОС).

Структурные схемы избирательных усилителей содержат усилитель (УПТ или с RC-связью) и фильтр (рис. 56).

а)

б)

Рис. 56. Структурные схемы избирательных усилителей:

а – с фильтром в цепи обратной связи; б – с каскадным фильтром.

В усилителях с фильтром в цепи обратной связи фильтры состоят из RC-цепей, у которых коэффициент передачи e снижается до нуля в интервале частот от f_B до f_H.

Рис. 57. Схема избирательного усилителя с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи на ИМС.

Наибольшее распространение получили избирательные усилители с двойным Т-образным мостом в качестве полосового фильтра в цепи ОС (рис 57).

Делитель R_BX, R1 – частотно- независимая стабилизирующая ОС. Снижает K_U микросхемы до нужного коэффициента K. R_BX – входное сопротивление усилителя по инвертирующему входу 9.

Коэффициент передачи двойного Т-образного моста зависит от частоты:

На очень низких частотах f®0, , так как сопротивление конденсаторов становится очень большим и все напряжение U_ВЫХ через верхний Т-образный мост (R, 2C, R) передается на вход усилителя в виде напряжения обратной связи U_OC. На очень высоких частотах f®¥,  вследствие того, что сопротивление конденсаторов становится небольшим и все выходное напряжение через нижний одинарный Т-образный мост (С, R/2, С) передается на вход усилителя. И только на квазирезонансной частоте f_P= 1/RC коэффициент передачи , так что U_OC= 0. Частотная характеристика двойного Т-образного моста приведена на рис. 58.

Рис. 58. Частотная характеристика двойного Т-образного моста.

Коэффициент усиления избирательного усилителя с двойным Т-образным мостом в цепи отрицательной обратной связи выражают через параметры усилителя и цепи обратной связи:

Анализ этого выражения показывает, что на частотах f= 0 и f= ¥ при :

,

а на квазирезонансной частоте при :

Частотная характеристика избирательного усилителя с двойным Т-образным мостом в цепи ОС показана на рис. 59.

Рис. 59. Частотная характеристика избирательного резонансного усилителя с двойным

Т-образным мостом: 1 – АЧХ усилителя без фильтра;

2 – АЧХ усилителя с фильтром в цепи ООС.

В диапазонах нижних и верхних частот, когда , сигнал основной цепи усилителя практически гасится сигналом цепи отрицательной обратной связи. На частоте f_P, когда , на выходе выделяется сигнал основного усилительного звена.

Избирательные усилители с двойным Т-образным мостом в цепи ОС хорошо работают на квазирезонансных частотах от единиц до десятков тысяч герц.

При каскадном включении (рис. 56, б) применяют фильтры LC-типа. Простейшим из них является резонансный контур. Используют избирательные усилители с LC-фильтрами на частотах f_P>500 кГц, так как на высоких частотах RC-фильтры непригодны по технико-экономическим показателям: R и C сильно уменьшаются, что снижает стабильность работы усилителя и ухудшает его характеристики.

Рассмотрим работу избирательного резонансного усилителя с LC-фильтром на биполярном транзисторе (рис. 60).

Рис. 60. Избирательный резонансный усилитель на биполярном транзисторе с LC-фильтром.

В таком усилителе максимальное усиление достигается на резонансной частоте f_P и коэффициент усиления становится действительной величиной:

Сопротивление контура  зависит от частоты и достигает максимума на резонансной частоте:

,

где r – активное сопротивление контура.

При   и

На рис. 61 показана амплитудно-частотная характеристика резонансного усилителя с LC-фильтром.

Рис. 61. Частотная характеристика избирательного резонансного усилителя с LC-фильтром.

Для реализации полосовых усилителей используют трансформаторное включение LC-фильтров, настроенных на разные частоты резонанса f_P1 и f_P2 (рис. 62).

Рис. 62. Полосовой усилитель с LC-фильтрами на биполярном транзисторе.

Полосовой усилитель имеет амплитудно-частотную характеристику, полоса пропускания которой больше, чем у резонансного усилителя, за счет двух резонансных контуров, настроенных на разные, но близкие f_P(рис. 63).

Рис. 63. Амплитудно-частотная характеристика полосового усилителя:

1 – АЧХ усилителя с f_P1; 2 – АЧХ усилителя с f_P2; 3 – суммарная АЧХ полосового усилителя.

Избирательные усилители изготовляют на биполярных, полевых транзисторах, электронных лампах, интегральных микросхемах и операционных усилителях (ОУ).