книги / Физические основы электроники

Рис. 5.46 у///////,-///////////////////////////////////.

тот). У избира­ тельных усилите­ лей полоса про­ пускания являет­ ся узкой (рис.

5.46). На частоте ©о коэффициент усиления достигает макси­ мума, равного Кио. На остальных частотах коэффициент уси­ ления должен быть равен нулю.

Избирательные усилители можно разделить на резонанс­ ные, нагрузкой которых является резонансный контур (часто­ тно-избирательная нагрузка), полосовые, нагрузкой которых служит полосовой фильтр и узкополосные избирательные RCусилители с частотно-зависимой обратной связью.

На практике избирательные RC-усилители строят, как правило, с применением частотно-зависимой отрицательной обратной связи. Четырехполюсник в цепи обратной связи под­ бирается так, чтобы угол сдвига фаз <р0с и коэффициент пере­ дачи цепи обратной связи р„о на частоте юо были равны нулю. Результирующий коэффициент усиления усилителя, охвачен­

Лучшими характеристиками обладает двойной Т-образ- ный мост, представляющий собой параллельное включение двух Т-образных четырехполюсников, первый из которых состоит из последовательно включенных конденсаторов Ci и Сг и параллельно включенного сопротивления Ri, а второй — из последовательно включенных сопротивлений Ri и Яг и параллельно включенного конденсатора Сэ (рис. 5.47). Т- образные мосты могут применяться в качестве заграждающих фильтров, коэффициент затухания которых при точной на­ стройке стремится к бесконечности. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики двойного Т-образного моста представлены на рис. 5.48.

Квазирезонансная частота моста определяется по формуле:

Hz

= T V - (5-102)

КзС>

Принципиальная схема избирательного усилителя приведена на рис. 5.49. Основное

усиление по напряжению при сдвиге фазы на 180° обеспечи­ вается каскадом, построенным на транзисторе 7з, который включен по схеме с ОЭ. Цепь обратной связи (двойной Т- образный мост) точками 1 и 2 подключается к этому каскаду через эмиттерные повторители, включенные на транзисторах Тг и Та. Глубокая отрицательная обратная связь по постоян­ ному току через резисторы моста обеспечивает жесткую ста­ билизацию рабочих точек транзисторов, емкость С исключает самовозбуждение усилителя на высоких частотах. Входной сигнал подается в точку 3 двойного Т-образного моста. Вход­ ное сопротивление ветви 3 на квазирезонансной частоте ми­ нимально. Поэтому к точке 3 входной сигнал подается с низ­ коомного сопротивления R, являющегося частью эмиттерной нагрузки повторителя на общем входе избирательного усили­ теля Т\. Это снижает усиление входного сигнала.

Однако подача входного сигнала к ветви 3 улучшает из­ бирательность усилителя (на частотах со > 2соо и со < 0,5соо бо­ ковые ветви характеристики имеют постоянную скорость спа-

Рис. 5.49 V/////////////////////////////////////////////////////////////////////7////////////////////////////////////////////////////////

да). На рис. 5.50 показаны характеристики, поясняющие ра­ боту избирательного усилителя.

Стабильность амплитудно-частотной характеристики за­ висит от паразитных фазовых сдвигов и стабильностей дета­ лей моста. Дрейф коэффициента усиления сказывается мало. Настройка усилителя произ­ водится двумя переменными

сопротивлениями R3 и R2. Ес­ ли при отсутствии входного сигнала на выходе наблюда­ ются автоколебания с часто-

'////////////////////////У//////////////////////////////////////////////////////.

со

(JJo

той, близкой к частоте квазирезонанса моста, их можно уст­ ранить, уменьшая сопротивление Яг и увеличивая сопротив­ ление Яг. В усилителе имеется возможность плавного измене­ ния как резонансной частоты, так и полосы его пропускания. После настройки усилителя в резонанс полосу пропускания в обе стороны можно расширить, уменьшая Яг и увеличивая Яг.

Контрольные вопросы

1.Представить схему усилителя в виде активного четырехполюсника. Перечислить особенности усилителей тока, напряжения и мощности.

2.Дать классификацию усилителей по характеру усиливаемых сигналов.

3.Дать классификацию усилителей по ширине полосы и абсолютным значениям усиливаемых частот.

4.Перечислить основные показатели, характеризующие свойства уси­

лителя.

5.Рассказать об основных режимах работы усилительных каскадов и области их применения. Перечислить преимущества и недостатки.

6.Особенности работы транзистора в схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.

7.Дать определение динамической характеристики усилительного каскада, типы динамических характеристик.

8.Перечислить виды межкаскадных связей усилителей.

9.Расскажите о схемах питания цепей транзисторов и стабилизации рабочей точки.

10.Нарисуйте схему однокаскадного усилителя на транзисторе и по­ ясните его работу.

11.Расскажите об особенностях работы усилителей мощности.

12.Принцип действия выходного каскада с трансформаторным вклю­ чением нагрузки.

13.Особенности работы и расчета двухтактных усилителей мощности

врежиме А' и В.

14.Дать определение обратной связи в усилителе.

15.Дать классификацию обратных связей усилителя.

16.Расскажите о влиянии обратной связи на свойства усилителя.

17.Способы снятия сигнала обратной связи усилителя и способы вве­ дения сигнала обратной связи.

18.Перечислите особенности работы усилителей постоянного тока.

19.Какие вы знаете методы уменьшения дрейфа нуля?

20.Расскажите о балансных схемах усилителей.

21.Нарисуйте схему и поясните работу дифференциального однокас­

кадного усилителя.

22.Особенности построения операционных усилителей (ОУ). Обозна­ чения и область применения.

23.Расскажите об устройстве избирательных RC-усилителей и прин­

ципе их работы.

24. Нарисуйте двойной Т-образный мост и основные его характери­ стики.

В усилителе, сдвигающем выходное напряжение на 180° относительно входного (коэффициент усиления — отрица­ тельная действительная величина), самовозбуждение возника­ ет в случае, если цепь обратной связи также вносит фазовый сдвиг, равный 180°, т.е. |(-/Q (~PU)| > 1.

В усилителях, не изменяющих фазу сигнала (коэффициент усиления — положительная вещественная величина), само­ возбуждение возможно, когда цепь обратной связи не вносит дополнительного сдвига по фазе, т.е. \(+Ки) (+р„)| > 1.

Если условие |Кир„| > 1 выполняется для ряда частот, то вы­ ходной сигнал генератора имеет несинусоидальную форму. Для возникновения гармонических колебаний условие |A“„p„| > 1 должно выполняться лишь для одной частоты.

Для поддержания незатухающих колебаний сигнал об­ ратной связи должен превышать некоторую критическую ве­ личину р„ > Ркр, а суммарный фазовый сдвиг усилитель — цепь обратной связи ср0с должен быть равным нулю или 2л. При анализе работы генераторов обычно отдельно рассмат­ ривают эти два условия.

Первое условие |/СРи| > + 1 называют условием баланса амплитуд. Второе условие срос = ср + фр = 0 ( или 2л) называют условием баланса фаз.

По принципу построения RC-генераторы можно разбить на две основные группы:

1)генераторы, у которых в RC-цепи обратной связи осу­ ществляется поворот фазы сигнала определенной час­ тоты на 180°;

2)генераторы, у которых в RC-цепи обратной связи фа­ зовый сдвиг сигнала определенной частоты равен ну­ лю.

RC-генератор с поворотом фазы в цепи обратной связи на 180°. В первой группе RC-генераторов фаза выходного на­ пряжения усилителя отличается от фазы входного на 180°. Для обеспечения баланса фаз на нужной частоте генерации цепь обратной связи должна тоже повернуть фазу на 180°. Такой поворот могут обеспечить цепи, выполненные в виде соединенных последовательно простых Г-образных цепочек R и С (рис. 6.1).

Наиболее употребительными являются трех- и четырех­ звенные цепочки. Поскольку каждая RC-цепочка на предель­ ных частотах (нулевой или бесконечно большой) вносит сдвиг по фазе 90°, то для получения сдвига фаз, равного 180°, на ча­ стоте, отличной от предельной, потребуется не менее трех це­ почек RC. Трехзвенную цепочку можно рассматривать как слож­ ный четырехполюсник. Для обеспечения баланса амплитуд ко­ эффициент усиления усилителя должен быть равен или пре­ вышать затухание четырехполюсника в цепи обратной связи.

Для обеспечения <рр = +180° необходимо выполнить усло­

вие т3-6 т = 0 или т2= 6, где т = —^— . © CR

Это равенство имеет место на частоте генерации ©о. Под­ ставляя вместо т его значение через Л и С, находим частоту генерации (частоту «квазирезонанса» четырехполюсника):

®0 =лсЗГ

Передаточное число, которое на частоте ©о становится ве­ щественной величиной, равно

где U\ — напряжение на входе четырехполюсника; Ui — на­ пряжение на выходе четырехполюсника.

Коэффициент передачи цепи обратной связи

Таким образом, схема, приведенная на рис. 6.1, может ге­ нерировать гармонические колебания с частотой соо, если ко­ эффициент усиления усилителя превышает 29.

Фазосдвигающие цепочки вносят значительное затухание на квазирезонансной частоте. Для возникновения генерации необходимы большие величины коэффициента усиления уси­ лителя (Ки= Ко > 1/р„о = 29).

Применяют и четырехзвенные цепочки, которые облада­ ют меньшим затуханием и для построения генератора требу­ ют усилитель с меньшим коэффициентом усиления.

Фазосдвигающие цепочки можно построить не только на конденсаторах и сопротивлениях, но также и на катушках индуктивности и сопротивлениях.

Принципиальная схема RC-генератора гармонических ко­ лебаний с поворотом фазы в цепи обратной связи на 180° приведена на рис. 6.2.

С точки зрения обеспечения баланса фаз такой генератор можно построить на одном транзисторе с ОЭ. Однако цепоч­ ка обратной связи шунтирует сопротивление R Kусилительно­ го транзистора и снижает его усиление, а малое входное соп-

ротивление транзистора резко увеличивает затухание четы­ рехполюсника.

Для уменьшения затухания четырехполюсника служит эмитгерный повторитель, выполненный на транзисторе Тг, осуществляющий функции согласования. Кроме того, для улучшения формы кривой генерируемых колебаний и сниже­ ния влияния элементов схемы в усилителях обычно применя­ ется сильная вещественная отрицательная обратная связь, которая, естественно, снижает коэффициент усиления усили­ теля. Поэтому без согласующего каскада схема RCгенератора работает неустойчиво либо вовсе не генерирует.

Частота генерации

R -C ’

где / = RJRb4

Для поддержания незатухающих колебаний усилитель

С учетом того, что в усилитель введена вещественная от­ рицательная обратная связь, необходимый коэффициент дол­ жен быть несколько выше, чем определяется неравенством.

RC-генераторы без поворота фазы в цепи обратной связи. Если усилитель поворачивает фазу входного сигнала на 2л (например, двухкаскадный усилитель), то при охвате положи­ тельной обратной связью он может генерировать электриче­ ские колебания без включения в цепь обратной связи фази­ рующего четырехполюсника. Однако условия баланса фаз в таком генераторе выполняются для целого спектра частот, и колебания будут иметь несинусоидальную форму. Для полу­ чения колебаний синусоидальной формы элементом связи должен быть специальный четырехполюсник, обеспечиваю­ щий условия баланса фаз только для одной частоты. В таком четырехполюснике на частоте квазирезонанса соо угол сдвига фаз должен быть равен нулю, а коэффициент р„ должен иметь максимальное значение рцо.

Блок-схема RC-генератора с нулевым сдвигом фаз в цепи обратной связи приведена на рис. 6.3.