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 I_БО и I_КО; ток I_бо протекает через базу транзистора, резистор R₁ минус источника питания; ток I_КО ^— через коллекторный переход транзистора, катушку индуктивности L_K контура, минус источника питания. Цепь протекания переменной составляющей тока коллектора Iк~, создаю­щей напряжение на контуре: корпус, конденсатор С_K, эмиттерно-коллекторный переход транзистора, контур L_K, С_К , блокировочный конден­сатор С_бл, 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 L_св последовательно с входным сигналом. Конденсатор С_б2 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 Y_В 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^ос^— положительная 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.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: