Сделай Сам Свою Работу на 5

Устойчивость резонансного усилителя.

Усилители высокой частоты.

Резонансные УВЧ. Назначение, схемы усилителей.

Резонансный усилитель содержит резонансную селективную цепь и по­этому усиливает сигнал в узкой полосе частот, в которой АЧХ усилителя имеет подъем. В приемниках резонансные усилители используются в качестве УР'4 и УПЧ. Усилители радиочастоты могут работать как на фиксированной частоте, так и на частотах, перестраиваемых в рабочем диапазоне (перестраиваемые УРЧ); УПЧ, как правило, работают на фиксированных частотах. Теория УРЧ и УПЧ общая. В качестве резонансной цепи применяют одиночные контуры или многозвенные фильтры.

Любой резонансный усилитель содержит три основных элемента: усилительный элемент, источник питания и резонансную цепь (фильтр) с цепями связи с УЭ и с последующим каскадом (рис. 5.1).

В зависимости от типа УЭ различают резонансные усилители на невзаимных УЭ, обладающих раздельными входом и выходом и усиливающих сигнал от входа к выходу (к таким УЭ относятся

транзисторы, электронные лампы, интегральные схемы), и на двух­полюсныхУЭ, вход и выход которых совпадают; к подобным УЭ относятся туннельные и другие диоды с отрицательным сопротив­лением, варикапы и др.

В зависимости от вида резонансной цепи резонансные усилители подразделяются на одноконтурные, двухконтурные, многоконтурные, усилители с пьезоэлектрическими и электромеханическими фильтрами, усилители срезонансными линиями и объемными резонаторами и т. д.

В зависимости от вида АЧХ резонансные усилители бывают с единственной четко выраженной резонансной частотой (часто именно такие усилители называют резонансными) и сАЧХ, имеющей в опреде­ленной полосе частот пологий участок и по форме приближающейся к прямоугольной (полосовые усилители).

В зависимости от вида цепей связи фильтра с УЭ и с последующим каскадом различают, резонансные усилители с непосредственным, авто­трансформаторным, индуктивным (трансформаторным), емкостным и комбинированным включением фильтра.



Резонансные усилители в РПУ работают в режиме усиления ма­лых сигналов, т. е. в линейном по сигналу режиме. Отличие резонансного усилителя от резисторного каскада предварительного уси­ления состоит в том, что вместо резистора в нем используется в качестве нагрузки резонансная цепь. Цепи питания УЭ по постоянному току, эквивалентные схемы УЭ, эквивалентные схемы усилителей с учетом включения фильтра, методика анализа, изложенная в гл. 3 и 4, в основном применимы и для анализа резонансных усилителей.

В качестве примера на рис. 5.2, а приведена схема одноконтурного транзисторного резонансного усилителя с автотрансформаторной связью контура с УЭ и с последующим каскадом; на схеме рис. 5.2,6 связь с последующим каскадом трансформаторная. Укажем цепи протекания токов в усилителе по схеме рис. 5.2, а. Цепь протекания постоянной составляющей тока эмиттера Iэо: плюс источника питания Е, корпус, резистор R эмиттерный переход транзистора, далее ток Iэо делится на IБО и IКО; ток Iбо протекает через базу транзистора, резистор R1 минус источника питания; ток IКО через коллекторный переход транзистора, катушку индуктивности LK контура, минус источника питания. Цепь протекания переменной составляющей тока коллектора Iк~, создаю­щей напряжение на контуре: корпус, конденсатор СK, эмиттерно-коллекторный переход транзистора, контур LK, СК , блокировочный конден­сатор Сбл, корпус.

Недостаток усилителя по схеме рис. 5.2, а состоит в том,чтосоединенные параллельно по переменному току резисторы R1 и R2 подключены параллельно входу усилителя и шунтируют источник сигна­ла. От этого недостатка свободен усилитель по схеме рис. 5.2, б, в котором напряжение смещения на базу транзистора подается через катушку индуктивности Lсв последовательно с входным сигналом. Конденсатор Сб2 необходим для того, чтобы входной сигнал не создавал переменного напряжения на резисторе R2. Схема усилителя с многоконтурным фильтром показана на рис. 5.23.

 

Устойчивость резонансного усилителя.

Условие устойчивой рабо­ты резонансного усилителя.

 

Положим, что источником сигнала для данного одно­контурного усилительного каскада является аналогич­ный одноконтурный резо­нансный усилитель с одина­ковыми параметрами. Схема рассматриваемого усилителя с входным контуром показана на рис. 5.14. Если в усилителе отсутствует внутренняяОС, то сопротивление с уче­том составляющей входной проводимости Y вх входного контура Rвх = Rэкв/(1 + К). Из-за внутренней ОС на входе усилителя имеется проводимость Гвхос = Овхос+^вхос. Эта проводи­мость через коэффициент включения т^ подключается к входному контуру, при этом эквивалентная проводимость этого контура стано­вится равной

Y экв ос == Yэкв 1 ' вх ос^2 = = Дэкв + ОТ^вхос +ЛоДэкв + ^Ввхос).

Таким образом, из-за внутренней ОС в усилителе изменяются как активная, так и реактивная проводимости входного контура. Поскольку Свхос и В^од сильно и неоднозначно зависят от частоты, происходит деформация АЧХ входного контура. На некоторых частотах ОC отрицательна, что компенсирует потери во входном контуре и может привести к самовозбуждению усилителя.

Деформация АЧХ входного контура в зависимости от глубины ОС имеет различный характер (рис. 5.15). МаксимумАЧХ входного контура смещается влево. Это связано, с одной стороны, с тем, что во входной контур вносится реактивная проводимость YВ которая эквивалентна действию входной емкости, а добавление этой емкости умень­шает резонансную частоту контура. С другой стороны, наличие проводи­мости Сос (см. рис. 5.13) также может являться причиной смещения максимума АЧХ влево. Действительно, подключение параллельно входному контуру положительной проводимости увеличивает затухание контура, а отрицательной - уменьшает его. Кроме ' того, происходит сужение полосы пропускания входного контура, что обусловлено действием отрицательной проводимости. При очень сильной ОС усилитель самовозбуждается.

 

Для устойчивой работы усилителя необходимо, чтобы деформация АЧХ входного контура из-за действия внутренней ОС находилась в допустимых пределах. Это условие устойчивой работы усилителя, ко­торое не надо путать с условием отсутствия самовозбуждения. По­следнее условие необходимо, но не достаточно. Усилитель может не возбуждаться, но его работа будет неустойчивой, если деформация АЧХ превысит допустимое значение. Если же деформация АЧХ в пределах допустимой, то это - необходимое и достаточное условие, при выполнении которого самовозбуждение усилителя исключается.

Из (5.52) видно, что для повышения устойчивости усилителя следует выбирать УЭ с меньшей проводимостью ОС и уменьшать коэффициент усиления усилителя Ку. При этом для любого УЭ можно подобрать такой коэффициент устойчивого усиления при котором усилитель ра­ботает устойчиво.

^Оусг = 1/25(1 -^ет)/У12, (5.53)

Это дости­гается выбором соответст­вующих коэффициентов включения и»! и т;. устой­чивость усилителя повыша­ется с уменьшением Ко бла­годаря ослаблению влияния ОС, а также на более низких резонансных частотах, по­скольку vi 2 зависит от часто­ты. Значительного ослабления ОС можно добиться, применяя каскодный усилитель (см. § 3.5).

Внутреннюю обратную связь можно скомпенсировать, применяя специальные цепи нейтрализации. Для этих целей в усилителе создается цепь внешней ОС, ток в которой равен по величине и противо­положен по фазе току внутренней ОС. Пример схемы усилителя с цепью нейтрализации КС показан на рис. 5.17.

Выводы: I. Активная составляющая входной проводимости резонансного усилителя Сдхос. обусловленная внутренней ОС, меняет свой знак в зависимости от расстройки частоты сигнала относительно резонансной. Если С^осположительная величина, то усилитель отбирает энергию от источника сигнала (отрицательная ОС), если Свхос отрицательная величина, то во входную цепь вносится дополнительная энергия (положительная ОС).

2. Характер изменения реактивной составляющей входной проводимости ввхос аналогичен характеру изменения активной составляющей Свхос- Реактивная составляющая Ввхос на частотах ниже резонансной имеет емкостный характер.

3. Из-за наличия внутренней ОС в усилителе происходит деформация АЧХ входного контура, это приводит к изменению основных показателей усилителя.

4. Если активная составляющая входной проводимости Свхос на частотах, где она отрицательная, компенсирует потери во входном контуре, то усилитель самовозбуждается.

5. Деформация АЧХ из-за внутренней ОС проявляется в смещении резонансной частоты влево и в уменьшении полосы пропускания.

6. Усилитель считается устойчивым, если деформация АЧХ его входного контура из-за внутренней ОС находится в допустимых пределах. Это не­обходимое и достаточное условие устойчивой работы усилителя. Устойчивость можно оценить по коэффициенту устойчивости, характеризующему относитель­ное изменение активной проводимости входного контура из-за внутренней ОС.

 



©2015- 2018 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.