Фазо-частотная характеристика усилителя

Полученный коэффициент усиления является сквозным. Коэффициент усиления, характеризующий усилитель непосредственно от его входа до внешней нагрузки:

Последнее выражение можно получить, положив в сквозном коэффициенте усиления .

Выходное сопротивление усилителя определяется:

коэффициентом не­линейных искажений (или коэффициентом гармоник):

где — амплитуды 1-й (основной), 2-й, 3-й и n-й гармоник выходного напряжения соответственно

Величина характеризует динамический диапазон усилителя.

При усилении гармонического сигнала достаточно ма­лой амплитуды искажения формы усиленного сигнала не возникает. При усилении сложного входного сигнала, со­держащего ряд гармоник, эти гармоники усиливаются уси­лителем неодинаково, так как реактивные сопротивления схемы по-разному зависят от частоты, и в результате это приводит к искажению формы усиленного сигнала. Такие искажения называются частотными и характеризуются ко­эффициентом частотных искажений: , где — модуль коэффициента усиления усилителя на заданной частоте.

Маленькое выходное сопротивление ЭП приводит к высокой верхней граничной частоте:

Нагрузкой ЭП обычно бывают низкоомные устройства, поэтому нижняя граничная частота ЭП выше, чем у усилителя с ОЭ:

7.

Нелинейный режим работы преобразователя частоты.

Начальный участок вольтамперной характеристики диода при прямом напряжении хорошо аппроксимируется полиномом второй степени, при больших прямых напряжения ток диода растет линейно.

Для обеспечения нелинейного режима, амплитуда напряжения гетеродина не должна превышать протяженности квадратичного участка вольтамперной характеристики диода (рис.2). Крутизна вольтамперной характеристики на этом участке является линейной функцией напряжения.

Рис.2

Под действием напряжения гетеродина крутизна изменяется и имеет вид косинусоидальных импульсов. Используя метод угла отсечки, можно найти:

Здесь S_max – максимальное значение крутизны характеристики диода, соответствующее амплитуде напряжения гетеродина;

– коэффициенты разложения косинусоидальных импульсов, коэффициенты Берга, они зависят только от угла отсечки. Обычно напряжение смещения в диодных схемах преобразователей отсутствует, и тогда:

2.2.Ключевой режим работы преобразователя частоты.

Ключевой режим работы обеспечивается при больших значениях U_{m г}, когда работа происходит в основном на линейном участке вольтамперной характеристики диода и ее можно аппроксимировать отрезками прямых (рис.3).

Рис.3

Пунктирной линией (линия 1) показана реальная характеристика диода, сплошной линией (линия 2) – аппроксимированная характеристика. Крутизна аппроксимированной характеристики принимает только два значения: 0 и S_max. Под действием напряжения гетеродина крутизна изменяется в виде прямоугольных импульсов. При разложении в ряд Фурье:

При больших величинах U_{m г} можно считать .

51 ВОПРОС

Модулятор выполняет преобразование низкочастотного сигнала в высокочастотный с сохранением содержащейся в первичном информации. Процесс этот называется модуляцией и заключается в изменении одного из параметров высокочастотного гармонического колебания по закону изменения первичного колебания.

Высокочастотное колебание называется несущим:

его параметрами являются величины:

- амплитуда;

- частота;

- фаза.

В зависимости от того, какой параметр изменяется под действием первичного сигнала, различают:

- амплитудную модуляцию;

- частотную модуляцию,

- фазовую модуляцию.

53 ВОПРОС

Если в качестве модулирующего использовать гармоническое колебание (тональная модуляция):

временные диаграммы модулирующего колебания и АМК с тональной модуляцией показаны на рис 2.

В случае тональной модуляции, выражение для АМК принимает вид:

где - коэффициент глубины модуляции.

Из последнего выражения видно, что в спектре АМК содержатся три составляющие:

- составляющая на частоте несущего колебания (первое слагаемое);

- верхняя боковая составляющая (второе слагаемое);

- нижняя боковая составляющая (третье слагаемое).

График спектра АМК с тональной модуляцией приведен на рис.3.

Рис. 2

Рис. 3

Информация, содержащаяся в первичном сигнале, отображается только в боковых составляющих, составляющая на частоте ω_н выполняет роль начала отсчета для определения частот боковых составляющих. Показано, что на долю боковых составляющих приходится не более трети всей мощности АМК.

54 ВОПРОС

.Балансная модуляция.

Если модулированное колебание не содержит составляющей на несущей частоте ω_н, модуляцию называют балансной (БМ). Этот вид модуляции выгоден энергетически_, т.к. в АМК на эту составляющую приходится 2/3 всей мощности модулированного колебания, и при ее подавлении увеличивается мощность боковых составляющих.

В балансно-модулированном колебании каждая в отдельности боковая составляющая полностью отображает модулирующее (первичное) колебание, при этом вторая боковая составляющая не несет никакой дополнительной информации, вдвое увеличивая ширину спектра (рис.4).

Рис.4

2.1.2.Однополосная модуляция.

Вид модуляции, при которой в спектре АМК сохраняется только одна боковая составляющая ( нижняя или верхняя) называется однополосной модуляцией (ОПМ или ОМ).

ОМК занимает полосу частот в два раза меньшую, чем АМК и БМК, а вся мощность модулированного колебания сосредоточена в одной боковой составляющей (рис.5).

Рис.5

Вопрос 55

Частотная модуляция.

При частотной модуляции мгновенная частота модулированного колебания изменяется пропорционально модулирующему:

- отклонение частоты модулированного колебания от частоты несущего. Максимальное отклонение частоты частотно-модулированного колебания (ЧМК) от частоты несущего называется девиацией частоты:

- девиация частоты.

В случае тональной модуляции:

– индекс частотной модуляции.

56 ВОПРОС

Фазовая модуляция.

При фазовой модуляции мгновенная фаза модулированного колебания изменяется пропорционально модулирующему :

– отклонение фазы модулированного колебания от линейного закона нарастания.

Максимальное отклонение фазы

называется индексом фазовой модуляции.

Мгновенная частота фазомодулированного колебания (ФМК):

В случае тональной модуляции:

57 ВОПРОС

Формирование АМК может выполняться с помощью диодных преобразователей частоты, если колебательный контур на выходе настроен на частоту ω_н, а в полосу пропускания попадают частоты (рис. 4, на примере спектра выходного тока простого преобразователя частоты).

Рис. 4

Для формирования однополосных сигналов применяют следующие способы:

- фильтровой;

- фазокомпенсационный;

- фазофильтровой, являющийся комбинацией двух предыдущих;

-синтетический.

Все способы основаны на подавлении в АМК несущей и одной из боковых полос. При фильтровом способе, подавление несущего колебания достигается применением балансного преобразователя частоты. Выделение в спектре выходного тока одной боковой составляющей выполняется полосовым фильтром (рис. 5).

58 ВОПРОС

Схема для формирования АМК при действии модулирующего сигнала в цепи управляющей сетки (сеточная модуляция) представлена на рис.1.

Рис. 1

Контур в анодной цепи лампы настроен на частоту несущего колебания ω_н, полоса пропускания контура выбирается из условия передачи спектра АМ сигнала. На управляющую сетку действуют три напряжения: постоянное напряжение Е_{g1 0}, задающее положение рабочей точки лампы и переменные напряжения несущего высокочастотного колебания u_н (t) и низкочастотное первичное, модулирующее, u_Ω (t). Так как , можно считать, что обеспечивает медленное изменение положения рабочей точки и, соответственно, изменение угла отсечки и амплитуды импульсов анодного тока (рис.2).

Известно, что амплитуда первой гармоники анодного тока зависит от угла отсечки и амплитуды импульсов тока:

и с ростом θ и I_max будет увеличиваться.

Рис.2

Пока режим работы остается недонапряженным, I_{m1 a} линейно растет при увеличении u_Ω(t), с переходом в перенапряженный режим, ее рост замедляется. Зависимость амплитуды первой гармоники анодного тока от постоянного напряжения на управляющей сетке называется статической модуляционной характеристикой (рис. 3).

Рис 3

Для обеспечения неискаженной модуляции нужно выбрать рабочую точку на середине линейного участка модуляционной характеристики и использовать модулирующий сигнал такой амплитуды, при которой работа происходит только на линейном участке.

59 ВОПРОС

Частотная модуляция с помощью варикапа.

Варикап – полупроводниковый диод, применяющийся в качестве электрического конденсатора, емкостью которого можно управлять напряжением. График вольт-фарадной характеристики варикапа представлена на рис. 6.

Рис.6

Схема частотного модулятора на варикапе показана на рис.7.

Рис.7

В отсутствии модулирующего колебания , емкость колебательного контура автогенератора:

где ,

p – коэффициент включения контура в коллекторную цепь,

C₀ – емкость варикапа в рабочей точке.

Частота генерируемых колебаний в автогенераторе:

При действии модулирующего колебания емкость варикапа будет изменяться, вызывая изменение общей емкости контура:

и, следовательно, изменение частоты генерируемых колебаний.

Можно показать, что относительное изменение частоты генерируемых колебаний будет определяться выражением:

где - частота генерируемых колебаний и емкость контура автогенератора в отсутствии модуляции.

Девиация частоты:

ΔС_m – наибольшее отклонение емкости варикапа от С₀, вызванное модулирующим сигналом.

60 ВОПРОС

Формирование фазомодулированных колебаний.

ФМК можно получить сложением двух АМК, такая схема представлена на рис.9.

Рис. 9

Две параллельно включенные лампы работают на общий колебательный контур, поэтому напряжение на нем создается суммой анодных токов. Несущее колебание подается на сетки ламп со сдвигом по фазе на , а модулирующее – в противофазе. Поэтому первые гармоники анодных токов ламп сдвинуты по фазе относительно друг друга на а их амплитуды изменяются в противофазе. Сложение токов в общей нагрузка удобно показать с помощью векторных диаграмм (рис.10).

Рис.10

Первая диаграмма показывает фазу тока в колебательном контуре в отсутствии модулирующего сигнала, вторая и третья – при его действии. Вторая диаграмма показывает изменение фазы суммарного тока при увеличении тока первой лампы и уменьшении тока второй, третья диаграмма – при противоположных изменениях токов ламп.

Показано, что при тональной модуляции, отклонение фазы тока в контуре от фазы несущего колебания изменяется по закону, близкому к закону изменения модулирующего напряжения (рис.11).

Рис.11

Диапазон возможного изменения фазы ограничивается допустимыми нелинейными искажениями, показано, что Δφ_max≤0.6 радиан, что не позволяет получить достаточную по величине девиацию частоты. Для ее увеличения применяют умножение частоты фазомодулированного колебания.

61 ВОПРОС

На входе детектора действует высокочастотный модулированный сигнал. Задачей детектора является преобразование высокочастотного сигнала в низкочастотный, изменяющийся пропорционально модулированному параметру.

62 ВОПРОС

Схема последовательного амплитудного диодного детектора приведена на рис.1.

Зависимость называется детекторной характеристикой, ее график представлен на рис.3.

Рис. 3

Как видно из построения, выполненного на детекторной характеристике, при действии на входе детектора колебания с тональной модуляцией коэффициент детектирования можно найти как:

где m – глубина модуляции.

Для обеспечения безискаженной работы (работы с допустимыми искажениями) надо соблюдать следующие условия:

63 ВОПРОС

Частотный детектор должен вырабатывать напряжение, пропорциональное частоте входного. Преобразование изменений частоты в изменения напряжения обычно выполняется в таком порядке (рис.7):

Рис.7

Ограничитель амплитуд устраняет возможную паразитную амплитудную модуляцию входного частотно-модулированного сигнала. Амплитудный детектор не реагирует на изменения частоты сигнала, действующего на его входе.

т на рис.8.

Рис.8

Частота, при которой U₀ =0, называется частотой настройки детектора и обозначается ω_d.

63 ВОПРОС ПРОДОЛЖЕНИЕ Рис.9

Для обеспечения безискаженной работы детектора (работы с допустимыми искажениями), необходимо выполнить условия:

1.Выполнить все требования безискаженной работы амплитудных модуляторов.

2.Обеспечить линейность рабочего участка детекторной характеристики правильным

выбором частот настройки контуров и их добротностей. Если разница между

мала или велика, если контура имеют большую добротность или добротность контуров

разная, детекторная характеристика на рабочем участке будет нелинейной.

3.Обеспечить соответствие параметров частотно-модулированного сигнала и параметров

детектора: .

Пример схемы параллельного АЦП приведен на рис. 1.

1. Усилителем электрических сигналов называется устройство, увеличивающее мощность слабого входного сигнала при сохранении его информационных параметров, то есть без изменения формы сигнала.

2. Усилители классифицируются по следующим признакам.

По назначению:

-усилители напряжения;

-усилители тока;

-усилители мощности;

-операционные усилители.

По виду нагрузки:

-апериодические (резистивная нагрузка, включенная непосредственно в выходную

цепь электронного элемента или с помощью трансформатора);

-резонансные (нагрузкой является резонансное устройство).

По диапазону частот усиливаемого сигнала:

-усилители постоянного тока (0-100 Гц);

-усилители звуковых частот (0,02-20 кГц);

-усилители радиочастот (20кГц-100МГц);

-усилители СВЧ (>100МГц).

По ширине полосы пропускания:

-широкополосные ( ; );

-узкополосные ( ).

По типу усилительного элемента и способу его включения:

-ламповые (с общим катодом, общим анодом, общей сеткой);

-на биполярных транзисторах (с общим эмиттером, общим коллектором, общей

базой);

-на полевых транзисторах (с общим истоком, общим стоком, общим затвором).

3.Назначение цепей питания – обеспечить нужное статическое состояние электронного элемента в схеме, то есть нужное положение рабочей точки электронного элемента. Рабочая точка может быть показана на вольтамперных характеристиках электронного элемента и координаты этой точки являются ее полной характеристикой. Наиболее часто в качестве электронных элементов используются биполярные транзисторы. Как известно, биполярный транзистор может находиться в активном режиме, режиме отсечки или насыщения. Для обеспечения того или иного режима, на переходах транзистора должны быть созданы напряжения определенной величины и полярности. Чаще всего исходным статическим состоянием транзистора является активный режим.

4. Нагрузка электронного элемента. Эта нагрузка является внутренней нагрузкой АЭУ и позволяет работать ему на холостом ходу, то есть в отсутствии внешней нагрузки

5 Основные характеристики усилителей. Зависимость от частоты модуля комплексного коэффициента усиления напряжения: К(ω) = │К(ϳω)│ .АЧХ обычно изображают в виде графика, ниже приведен пример графика АЧХ широкополосного усилителя:

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: