Изучение основных принципов работы и свойств усилителей гармонических колебаний. Исследование резонансных усилителей, работающих в режимах классов А, Б и С, страница 2

Связь с предыдущим и последующим усилительными каскадами чаще всего осуществляется через разделительные конденсаторы. Может также использоваться и высокочастотная трансформаторная связь.

В первом приближении коллекторная цепь транзистора подобна источнику тока, поэтому усиление резонансного усилителя пропорционально величине полного сопротивления нагрузки.

.

Здесь

, - амплитуда тока базы и коллектора;

, - параметры транзистора (входное сопротивление и усиление по току);

 - сопротивление колебательного контура с учетом влияния выходного сопротивления транзистора 1/h₂₂ и сопротивления нагрузки R_Н.

В результате АЧХ резонансного усилителя похожа на частотную характеристику резонансного контура с добротностью

, где R₀ – резонансное сопротивление самого колебательного контура.

Максимальное значения коэффициента усиления резонансного каскада с ОЭ определяется по формуле

Κ_U = h₂₁R_0Э/h_11.

Они выполняются обычно на интегральных микросхемах, которые содержат все элементы принципиальной схемы, кроме колебательного контура (на сравнительно низких частотах).

2.2. Резонансные усилители мощности

Широкое применение в различных радиоэлектронных устройствах (особенно в радиопередатчиках) находят резонансные усилители мошности и умножители частоты. Рассмотренный в предыдущем пункте транзисторный резонансный усилитель работает в линейном режиме и поэтому его КПД теоретически менее 12,5 %, а реально еще меньше. Эффективное средство повышения энергетических показателей резонансного усилителя мощности - использование заведомо нелинейного режима работы его активного элемента (режим с отсечкой тока). Естественно, необходимым условием работы таких схем является сохранение формы усиливаемого сигнала с возможно меньшими нелинейными искажениями. Для гармонических колебаний сохранение формы обеспечивается восстановлением ее за счет фильтрующих свойств резонансного контура.

Упрощенная электрическая схема нелинейного резонансного усилителя мощности на биполярном транзисторе приведена на рис. 2.2, а. К его входу последовательно подключены источники усиливаемого гармонического напряжения u_вх(t) = U_mвхcosw_pt и постоянного напряжения смещения U₀, а резонансный контур нагрузки настроен на частоту усиливаемого сигнала ω_p.

Рис. 2.2. Транзисторный резонансный усилитель: а — схема; б —  временное диаграммы токов и напряжений

Напряжение смещения U₀ обеспечивает управление углом отсечки импульсов. Его следует выбирать таким образом, чтобы в отсутствие переменного входного сигнала выходной ток транзистора был равен нулю. Тогда коллекторный ток транзистора имеет форму косинусоидальных импульсов. Временные диаграммы импульсов коллекторного тока i_к(ωt) = i_к(t), тока первой гармоники i₁(t) = i₁(ωt) = I₁cosw_pt и выходного напряжения u_вых(ωt) = u_вых(t) показаны на рис. 2.2,б. Меняя величину U₀ можно подобрать его так, чтобы получить нужный угол отсечки θ. Уменьшение U₀ приводит к уменьшению θ, но при этом уменьшается и амплитуда импульсов тока коллектора. Для достижения максимальной выходной мощности приходится увеличивать амплитуду входного сигнала.

Спектральный состав косинусоидальных импульсов коллекторного тока содержит множество составляющих кратных частот. Однако напряжение на коллекторе практически содержит только первую гармонику. Это объясняется тем, что на резонансной частоте активное сопротивление параллельного контура максимально и на нем выделяется усиливаемое напряжение с частотой входного сигнала ω_ρ. Сопротивление же параллельного контура на частотах 2ω_ρ, 3ω_ρ столь мало, что высшие гармонические составляющие практически не дают вклада в формирование выходного сигнала u_вых(t) и он близок к гармоническому колебанию.

3. Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется методом компьютерного моделирования с использованием пакета Electronics Workbench.