На рис. 208 показано типове включення джерел живлення ОП. Операційний підсилювач підключається до двух джерел живлення.

42. Фазочутливі підсилювачі

Фазочутливими називаються такі, у яких напрямок випрямленого струму в навантаженні залежить від фази змінної вхідної напруги. Величина цього струму визначається амплітудою вхідної напруги. Фазочутливі підсилювачі фактично є керуючими випрямлячами, транзистори відіграють роль діодів з керуючими опорами. Тип схеми залежить від навантаження, яке може бути з середньою точкою або диференціальною. Навантаженням таких підсилювачів можуть бути обмотки сервомоторів, диференціальних реле, обмотки керуючих магнітних підсилювачів, обмотки керування асинхронних мікродвигунів і ін.

Фазочутливі підсилювачі бувають одно- і двопівперіодні. Найбільш частіше двопівперіодні схеми (рис. 209). В цій схемі проходження струму через навантаження, включене в колекторне коло транзисторів, відбувається протягом обох півперіодів. При позитивній полярності опорної напруги U₀ (на верхньому виводі трансформатора) може робити транзистор VT1, при негативній – транзистор VT1. При відсутності вхідного сигналу струм навантаження проходить (I_н = О), в зв’язку з тим, що обидва транзистори закриті. При проходженні позитивної півхвилі вхідного сигналу U_вх в одній фразі з фазою опорної напруги U_о на протязі всього півперіоду відкрит транзистор VT2 і заперт транзистор VT1 . Струм в навантаженні I_н при цьому максимальний. При збільшенні ссуву фаз φ між U_вх і U₀ від 0 до 90⁰ струм в навантаженні зменшується від максимального значення до 0. Якщо 90⁰ <φ < 180⁰ , відкритий транзистор VT1 і заперт транзистор VT2. При φ = 180⁰, струм в навантаженні має максимальне значення.

43. Відбіркові підсилювачі

Відбірковими називаються підсилювачі, в яких коефіцієнт підсилення має максимальне значення у вузькому діапазоні частот і має мінімальне значення за його межами. Такі підсилювачі застосовуються для виділення із сукупних сигналів широкого діапазону частот тієї групи сигналів, які несуть потрібну інформацію. Відбіркові підсилювачі класифікують на вузькосмугові з частотно-залежним зворотним зв’язком, смугові, навантаженням яких являється смуговий фільтр і резонансні, навантаженням яких являється резонансний контур (частково-відбіркове навантаженням). Такі підсилювачі широко застосовуються в радіоприймальних пристроях, пристроях вимірювальної техніки, стежучих системах і т. д.

Резонансні підсилювачі. В резонансних підсилювачах навантаженням вихідного кола підсилюючого елемента являється коливальний контур, який має високий опір Р_рез для резонансної частотиƒ₀ і малий опір для інших частот. В резонансних підсилювачах транзистор може бути включений по схемі із загальною базою, загальним емітером, або загальним колектором, однак, найчастіше застосовується схема з загальним емітером, яка забезпечує максимальне підсилення потужності з малим рівнем шуму.

Частотна характеристика такого підсилювача визначається параметрами коливального контуру, який може бути включеним за різними схемами: резонансно-трансформаторний зв'язок контуру з навантаженням ( рис. 210, а) автотрансформаторний зв'язок (рис. 210, б) і ємнісний (рис. 210, в). в зв’язку з тим, що транзистор має низький вхідний і вихідний опір, тому при виконанні схем транзисторних резонансних підсилювачів необхідно враховувати шунтуючу дію цих опорів, які ведуть до зниження коефіцієнта підсилення каскаду і погіршенню його відбіркових властивостей.

Для зменшення впливу транзисторів на контур застосовують не повне включення контуру в колекторне коло транзистора. Це можна досягти за допомогою автотрансформаторної схеми включення( рис. 211) . Принципово робота наведеної схеми і більшість її елементів (СІ, С_є, Р1, Р2, Ре) ; не відрізняються від схеми кас­каду підсилення низької частоти. Включення контуру в колектор­не коло надає каскаду відбіркові властивості

Еквівалентна схема каскаду наведена на рис. 212. З боку ви­ходу транзистора і з боку навантаження вносяться реактивні опори, які змінюють його резонансну частоту, а також вносять активні опори, які збільшують затухання контуру і змінюють його смугу попускання. Резонансна частота підсилювача визначається резонансною частотою еквівалентного контуру

ƒ

Де С_екв = С+С_к * m_к² + С_н * m_н² + С_кот +С_м ,

де - власна ємність контуру; -С_к ємність транзистора; С_н - ємність навантаження; С _кот- ємність котушки; С_м – ємність монтажу-; m_к- коефіцієнт підключення контуру до транзисто­ра; m_н - коефіцієнт підключення контуру до навантаження.

Еквівалентний резонансний опір контуру визначається вира­женням.

= + +

Задана смуга пропускання підсилювача П забезпечується обу­мовленою величиною еквівалентної добротності Q _екв контуру

П= ƒ ₀ Q _екв

Величину еквівалентної добротності можна знайти-з виражений

Q _{екв =} Р _{рез екв} R_екв

де Р_екв - еквівалентний хвильовий опір контуру

Р_екв = І/ω₀ С_екв

Коефіцієнт підсилення каскаду по напрузі на резонансній ча­стоті можна розрахувати по формулі

К₀ =

- зхідний опір каскаду.

Елементи контуру і його зв’язок з виходом транзистора і з навантаженням необхідно вибирати так, щоб забезпечити настрой­ку каскаду на задану частоту, а ^акож отримати необхідну смугу пропускання і потрібне підсилення.

В тих випадках,коли один каскад резонансного підсилювача не забезпечує підсяяенчя при задамй виборності, то складають де­кілька резонансних декадів, настроєних на одну частоту.

Смугові підсилювачі. відміну від резонансних смугові підсилювачі маюсь фіксовану настройку. Опором навантаження таких підсилювачів являється смуговий фільтр, який являв собою, як правило, двоконтурну зв’язану систему з взаємоіндуктивним зв’яз­ком між контурами. Типова схема смугового підсилювача на транзисторі зображена на рис. 213.

Вибіркові РС –підсилювачі. Резонансні і смугові фільтри дають добрі наслідки при робочій частоті близько одиниць кілогерц і вище.

На більш низьких частотах індуктивність резонансного контуру виявляється надмірно великого і контур становиться дуже великим і дорогим. Тому відбіркові підсилювачі, призначені для роботи на частотах близько сотень герц і нижче, виконують з застосуванням частотно-відбіркових фільтрів тицу РС в колі зворотного негативного зв’язку.

На рис. 214, а показана схема РС-фільтра. В цьому фільтрі еле­менти РІСІ ослабляють низькі частоти, а елементи Р2С2 - вищі. Коефіцієнт передачі такого фільтра

К = U _вих. / U _вх

Резонансна частота такого фільтра має значення

ƒ

Більш удосконаленим являється фільтр, який складається з двох Т-образних РС-панцюгів ( рис. 214, б) .

На рис. -15 показана схема відбіркового підсилювача з под­війним Т-обрарним мостом. Т-образний фільтр включено в коло негативного звороттпго зв’язку. Частотна характеристика такого підсилювача нагадує резонансну характеристику коливального кон­туру.

Контрольні запитання

1. Що таке підсилювач?

2. По яким ознакам класифікують електронні підсилювачі?

3. Що таке коефіцієнт підсилення?

4. Як визначити коефіцієнт підсилення багатокаскадного під­силювача?

5. Які види спотворень сигналу ви знаєте і чим вони обумов­лені?

6. До таке частотні спотворення і як вони вшивають на якість звучання?

7. Що таке тліні Ш спотворення і які елементи вносять ці спотворення в підсилювач?

8. Поясніть причини появлення шумів в підсилювачі.

9. Поясніть фізичний зміст коефіцієнта гармонік.

10. Якими причинами пояснюються завали частотної характерне тики підсилювача?

11. Що називається амплітудною характеристикою підсилювача?

12. Що називається АЧХ підсилювача?

13. Що треба зробити для розширення АЧХ підсилювача в обла­сті нижчих частот?

14. Яка існує залежність між смугою пропускання підсилювального каскаду та його коефіцієнтом підсилення?

15. Які особливості трьох основних схем каскадів підсилення?

16. Складіть схему резистивного підсилювача.

17. Поясніть призначення всіх елементів, які входять до складу резистивного підсилювача.

18. Які основні параметри попереднього -34?

19. Як здійснюється частотна корекція підсилювача?

20. Чим визначається верхня межа АЧХ попереднього -134?

21. Як можна змінити коефіцієнт підсилення підсилювального каскаду?

22. Чим відрізняється кінцевий ПЗЧ від попереднього ПЗЧ?

23. Як класифікують кінцеві ПЗЧ?

24. Який вигляд має схема кінцевого ПЗЧ?

25. Який вигляд має двотактна схема кінцевого ПЗЧ?

26. Який вигляд має безтоансформаторна схема кінцевих ПЗЧ?

27. В чому полягають особливості режимів роботи підсилювачів потужності класів А, В, АВ і С?

28. В чому полягають переваги та недоліки кінцевих ПЗЧ різ­них класів?

29. Що таке негативний зворотний зв’язок?

30. Як впливає негативний зворотний зв’язок на нелінійні спо­творення в кінцевому ПЗЧ?

31. Які особливості роботи кінцевих ПЗЧ, виконаних на ІМС?

32. Чому ППС знаходять широке застосування в електронній техніці?

28. Поясніть особливості міжкаскадних зв’язків вППС.

29. Поясніть призначення елементів в ППС різних типів.

ЗЬ. Яка різниця між балансним і диференціальними каскадами ППС?

29. Поясніть принцип дії однопівперіодного фазочутливого підсилювача.

37. Поясніть принцип дії двопідаріодного фазочутливого підсилювача.

36. Де застосовують відбіркові підсилювачі?

39. Поясніть призначення елементів в схемі відбіркового підсилювача.

40. Поясніть призначення і принцип дії смугового підсилю­вача.

Глава 9. Генератори

Загальні відомості. В баготьох радіотехнічних пристроях застосовують електронні генератори. Електронним генератором називають пристрій, який за допомогою електронних приладів перетворює енергію іде рея а живленню в енергію електричних ко­ливань заданої частоти і форми.

В залежності від форми коливань розрізнюють генератори си­нусоїдальних (гармонічних) коливань і генератори коливань не- синусоїдальної форми (прямокутної, пил кообразної і др.), які ще іноді називають релаксаційними (імпульсними).

По принципу роботи розрізнюють генератори з самозбудженням (автогенератори) і генератори з зовнішнім збудженням, режимом роботи яких керують від зовнішнього джерела змінної напруги.

Генератори розрізнюють по типу підсилювальних елементів (транзистори, тунельні діоди, операційні підсилювачі); по ви­ду частотно-відбіркового зворотного зв'язку (РС-, С~, Р - і Р М-генератори) по генерируємій частоті низькочастотні -від 0,01 Гц до 100 кГц, високочастотні - від 100 кГц до100 ІГц, надвисокочастотні - від 100 Гц і вище).

Генератори застосовують в радіопередаючих і радіоприймаль­них пристроях, в вимірівальній техніці, пристроях телеметрії і т. д.

§ 44Синусоїдальних коливань

Генератори синусоїдальних коливань підрозділяються на гене­ратори типу Ю і і С. Генератори типу і С складаються з коли­вального контуру, підсилювального елемента і ланцюга зворотно­го зв’язку. Б якості підсилювального елемента застосовують тран­зистори, діоди, електронні лампи. В коливальному контурі вини­кають коливання потрібної частоти. Зворотний зв’язок забезпе­чує подачу енергії з виходу схеми на її вхід в потрібній кіль­кості і потрібній фазі. Коливання, які виникають в контурі, підтримуються енергією від джерела постійного струму.

С-генератор з зовнішнім збудженням(.рис. 216) уявляв собою підсилювач потужності, в колекторному холі якого знаходиться коливальний контур, а до входу підключено малопотужне джерело незатухаючих коливань (задаючий генератор). Генератор з зов­нішнім збудженням за схемою подібен резонансному підсилювачу і відрізняється від нього режимом роботи.

Розглянемо роботу такого генератора на транзисторі типу р-П-р, включеного за схемою з ЗЕ, Ця схема володіє найбільшим підсиленням потужності. При цьому будемо вважати, що на серед­ніх частотах дія зовнішнього зворотного зв’язку в транзисторі несуттєве, а частотні властивості не залежать від часу прольо­ту носіїв крізь його активну область, ііапрута збудження, яка знімається з вторинної обмоткивхідного трансформатора, прикладується до участку база-емітер. Коливання вихідного сигналу біль і високої потужності виділяються в колекторному колі, навантаженням якого являється паралельний коливальний контур.

Зміщення в цій схемі виконується за рахунок джерела Ев. В реальних генераторах в якості елемента зміщення застосовують ді­льник на опорах, які забезпечують зміщення від .джерела живлен­ня її.. Для забезпечення достатньо високої термостабільності генеретора застосовується емітерна температурна стабілізація. Конденсатори СІ і С2 запобігають проникненню змінних базового і колекторного струмів через джерело зміщення Ев і джерело жив­лення Ек.

Напругу зміщення вибирають такої величини, щоб робоча точка Р була розміщена лівіше початкового участка характеристики (рис. 217). Таким чином, е схемі відбувається режим робо­та класу С,

Незважаючи на імпульсний характер колекторного струму, напру­га в коливальному контурі змінюється по синусоїдальному зако­ну. Де пояснюється характерними особливостями контуру, тому що між індуктивністю Ік і ємністю Ск відбувається обмін енергією:

енергія електромагнітного поля котушки індуктивності перетво­рюється в енергію електричного поля конденсатора і навпаки.

Максимальне значення колекторного струму Lк мах можна знайти графічно, використовуй сім’ю статичних колекторних характе­ристик. Основні енергетичні показники LС-генератора визнача­ються по тим же формулам, що і для підсилювачів потужності.

Потужність, яка споживається колекторним колом від джерела живлення становить

Рж =Іко *Ек

Виділяємо в колекторному колі коливальна потужність стано­вить

Рк=Ікі *Uкм/2=І²_кІ*R_Е0/2,

Де І_к0=L₀*Кмах; І_кІ=L_І*Ік мах (L_І* L_І і т.д -

коефіцієнти розкладання, які являються функціями кута від­сікання , які визначаються по таблицям або графікам);

R_Е0 = L_К/С_К Г_к – активний опір контуру.

Потужність, яка витрачається на колекторі

Рв=Рж –Рк

ККД колекторного кола

к = Рк/Рж

Максимальне значення коливальної потужності відповідає кри­тичному режиму роботи генератора. При цьому транзисторних генераторів буває достатньо великим і може досягать 80...85 %.

LС-генератори с самосбудженням (автогенератори). L-гене­ратори, які роблять з автоколивальному режимі, генерують елек­троні коливання без керуючого діяння зовні. При цьому голов­ним параметром автогенератора являється частота генеруємих ко­ливань, тобто частота перетворення постійної напруги джерела живлення схеми е коливання змінної напруги.

Принципова схема автогенератора з контуром в колекторному колі показана на рис. 218. Таку схему називають генератором з трансформаторним зв’язком і застоеозують, як правило, в діапа­зоні високих частот. Елементи Рві, Рв2, Ре і Се призначені для забезпечення необхідного реніну роботи по постійному струму і його терлостабілізації. За допомогою конденсатора Св, реактив­ний опір якого на частоті генерації незначний, відбувається заземлення одного кінця базової котушки.

В момент включення джерела живлення в колекторному колі транзистора з’являється струм Ік , який заряджає конденсатор Ск

коливального контуру. В зв’язку з тим, що до конденсатора під­ключена котушка L_к, то після заряду конденсатор почне розряд­жатися на котушку. В результаті обміну енергією між конденсатором і котушкою в контурі виникають вільні затухаючі коливан­ня, частота яких визначається параметр дми контуру і дорівнює

ƒ

Змінний струм проходячи крізь котушку Lк створює навколо неї змінне магнітне пола. Внаслідок нього в нотуєш зворотного зв’язку Lв, включеної я коло бази транзистора, наводиться змінна напруга тієї ж частоти, що і коливання в конторі. Ця напруга викликає,пульсації стругу колектора і з’являються змін­на складова.

Змінна складова колекторного струму восповнює втрати енер­гії в контурі і створиє на ньому підсилену транзистором змін­ну напругу, В свою чергу це приводить до нового зростання напруги на котушці зв’язку Lв. Це приводить до нового зростання амплітуди змінні складової струму колектора- і т. д.

Зростання колекторного струмуне відбувається безмежно. Це залежить від вихідної характеристики транзистора, а також втрат, які виникають в контурі.

Незатухляючі коливання в контурі автогенарятора встановлюються при виконанні двох основних умов, які одержали назву умо­ви самозбудження.

Перша умова – умова балансу фаз. Сутність цього явища полягає в тому, що в схемі повинен бути встановлен позитивний зворотній зв’язок між виходом і входом транзистора. В цьому випадку виникають необхідні умови для поновлення і втрати енергії в контурі.

З зв'язку з тим, резонансний опір паралельного контуру має активний характер, то придії на базу транзистора сигналу з частотою, яка дорівнює частоті резонансу, напруга на колекторі буде всунута по фазі на 180°. В зв’язку з тим, щo базова і контурна котушки зв’язані індуктивно , змінна напруга на базо­вій котущі Uв за рахунок струму І_к, який проходить через контурну котушку L_х, буде дорівнювати ,

,

де М - коефіцієнт взаємоіндукції,

Якщо вибрати напрямок намотки котушок таким чином, щоб

Uв = - ,то загальний фазовий зсув в замкненому колі підсилювач-звороткий зв’язок дорівнює нулю, що забезпечте умо­ву балансу фаз.

Виконання умови балансу фаз являється необхідний, але не­достатньою умовою для збудження схеми. Друга умова самозбуд­ження полягає втому , що для виконання автоколивального режиму, в процесі якого виконується послаблення сигналу, необхідно це компенсувати підсилювачем. Тобто позитивний зворотній зв’язок повинен бути таким, щоб втрати енергії в контурі компенсувалися повністю. 'Такі умови збудження одержали назву умови балансу амплітуд.

Крім схем з трансформаторний зв’язком, широке застосування знайшли триточкові схеми з автотрансформаторним (рис. 219 а) і ємнісним (рис. 219, б) зв’язком.

Напруга зворотного зв’язку (рис. 219а); знімається з част­ки витків котушки L2і через конденсатор СІ поступає на базу транзистора. Знаки миттєвих напруг на L1 і L2- відносно се­редньої точки протилежні, тобто сунуті між собою по фазі на 180°, а підсилаючий каскад повертає фазу ще на 180 , то зво­ротний зв’язок буде позитивний, тобто умова балансу фаз вико­нується, Аналогічно робить схема, яка зображена на рис. 219, б. в цій схемі напруга зворотного зв'язку знімається з дільника виконаного на конденсаторах С2 і С3,

Генератори типу РС. З зниженням частоти генеруємих коливань

збільшиться індуктивність і ємність коливального контуру С- генератора.

В генераторних пристроях низькочастотного діапазону для ко­ливальних систем застосовують частотно-залежні ланцюги, які

складаються з елементів Р і С, які включаються в коло зворот­ного зв’язку резистивного підсилювача. Такі схеми складаються

з резистивного підсилювача і частотно-залежзого позитивного зворотного зв’язку і називаються РС-генераторами, Генератори типу РС генерують стабільні синусоїдальні коливання в діапазо­ні частот від долей герца до сотень герц.

На рис. 220 показана принципова схема РС-генератор з триланковим ланцюжком, який включений між виходом і входом транзис­тора.

Режим по постійному струму забезпечується елементами Рв, Р3, Ре,Се. Резисьтивно-емнісний підсилювач охоплює позитивним зворотним ротним зв’язком . Якщо Вкр = І/К, а Кз З →∞, то підсилювач переходить в режим генерації.

В кр – критичне значення коефіцієнта зворотного зв*язку;

Кз З - коефіцієнт негативного зворотного зв*яяку.

Для підтримання незатухаючих коливань коефіцієнт зворотного зв’язку повинен перевищити критичне значення Вкр, а сукупний фазовий зсув кола повинен дорівнювати нулю або бути кратному 2π.

φпід+φ з з = 2πn

Де -К - коефіцієнт підсилення підсилювача без зворотного зв’язку; φпід- зсув фаз напруги підсилював. n- ціле число.

Перше рівняння являється умовою балансу амплітуд і показує, що при самозбудженні сигнал на виході ланки зворотного зв’язку повинен бути не менше сигналу на вході підсилювача. Друге рівняння являється умовою балансу фаз і показує* що фаза вхідної напруги підсилювача повинна совпадати з фазою вихідної напруги кола зворотного зв’язку.

Робота автогенератора починається з моменту включення дже­рела живлення, При цьому збільшується потенціал колектора і по колу зворотного зв’язку передається на базу транзистора з дея­ким запізненням. Це запізнення визначається параметрами РС- ладодюжка зворотного зв’язку. Збільшення потенціалу бази, в свою чергу, викликає зменшення колекторного струму і тим самим зменшення потенціалу колектора τ через коло зворотнього змінює потенціал бази і зменшує його. В результаті колекторний струм збільшується, викликав з запізненням τ підведення потенціалу бази. Цим закінчується один період коливального процесу і починається новий.

Вхідний сигнал, пройшовши через підсилювач і частково заново повернувшись по колу зворотного зв’язку, викликає в генераторі незатухаючи коливання.