- •Вопрос №2 Назначение, классификация, основные характеристики урч
- •Заключение
- •Лекция №16 урч с повышенной устойчивостью
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 урч с общей сеткой (общей базой, общим затвором)
- •Вопрос №3 Каскодная схема урч
- •Лекция №17 усилители промежуточной частоты
- •Вопрос №1 Назначение, классификация, основные характеристики и область применения полосовых усилителей
- •Вопрос №2 Широкополосные импульсные усилители
- •Заключение
- •Лекция №18 фильтры основной селекции
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Усилители с многозвенным lc-фильтром
- •В лекции рассматриваются принципы построения и функционирования кварцевого и электромеханического фильтров. Вопрос №1
- •Вопрос №2 Усилители с электромеханическим фильтром
- •Заключение
- •Лекция №20 малошумящие усилители
- •Вопрос №1
- •Вопрос №2 Усилители на туннельных диодах
- •Заключение
- •Лекция №21 усилители мощности звуковой частоты
- •Вопрос №1 Многокаскадные усилители. Назначение, классификация и основные характеристики предварительных и оконечных каскадов усиления
- •Вопрос №3 Бестрансформаторный усилитель мощности
- •Заключение
- •Вопрос №1 Задачи и методы проектирования аналоговых устройств. Типовые программы схемотехнического моделирования
- •Характеристики программ моделирования
- •Раздел 1. Схемотехника усилительных устройств.
- •Раздел 2. Схемотехника устройств, используемых в средствах связи.
- •Заключение
- •Список используемой литературы
- •Список сокращений
Вопрос №2 Усилители с электромеханическим фильтром
Электромеханические фильтры (ЭМФ) работают по принципу магнитострикции, согласно которому механические колебания в магнитном сердечнике возникают под действием частоты возбуждающего тока. Эффект магнитострикции заключается в способности некоторых материалов (никель, пермаллой) изменять свои размеры в магнитном поле.
В состав электромеханического фильтра входит:
– входной магнитострикционный электромеханический преобразователь;
– цепочка механических резонаторов, соединенных между собой упругими связками;
– выходной магнитострикционный электромеханический преобразователь.
Структурная схема ЭФМ показана на рисунке 19.6.
П1 П2
UВХ UВЫХ
М1 М2
N S N S
L1 Р Р Р Р L2
НС С С С НС
N S N S
Рис.19.6. Структурная схема ЭМФ
ЭМФ с механическими резонаторами преобразуют электрические колебания в механические и наоборот с помощью магнитострикционных электромеханических преобразователей П1 и П2. Механический преобразователь состоит из никелевого стержня (НС), охваченного катушкой из постоянных магнитов, создающих начальную намагниченность стержней.
Механические резонаторы конструктивно выполняются в виде цепочки металлических дисков, стержней, пластинок. Резонаторы соединены друг с другом стержнями (связками) из никеля. Получается механическая система. Эта механическая система аналогична электрической фильтрующей системе, в которой колебательные контуры заменены механическими резонаторами, которые по своим свойствам эквивалентны LC-контуру с очень высокой добротностью, а упругие связки действуют как емкости связи ССВ.
Добротность механических резонаторов зависит от материала:
– сталь – 2000 3000,
– алюминий и его сплавы – 5000 10000,
– магний – 100000.
Ниже рассмотрен принцип работы ЭМФ.
Напряжение fПЧ подается на обмотку катушки входного магнитострикционного преобразователя П1, работа которого основана на магнитострикционном эффекте. Никелевый стержень, находящийся внутри входной катушки, под действием его магнитного поля в результате магнитострикционного эффекта совершает продольные механические колебания с частотой изменения тока в катушке. Эти колебания возбуждают механические резонаторы. Диски резонаторов не образуют жесткой конструкции, а являются системой связанных резонаторов, в которой распространяются механические колебания. При этом каждый диск резонирует подобно колебательному контуру, а связки действуют подобно ССВ в многозвенных LC-фильтрах.
Последний резонатор возбуждает механические колебания никелевого стержня, находящегося внутри выходной катушки выходного магнитострикционного преобразователя П2. При механических колебаниях стержня изменяется его магнитная проницаемость. В результате обратного магнитострикционного эффекта в выходной катушке будет индуцироваться ЭДС и на выходах катушки L2 возникает выходное напряжение UВЫХ промежуточной частоты.
Изменение длины сердечника МС1 зависит только от напряженности магнитного поля, но не зависит от его направления. Поэтому при подаче на катушку L1 переменного напряжения UВХ длина сердечника МС1 будет изменяться как при положительных, так и при отрицательных полупериодах колебательного напряжения, то есть дважды за период. Это приведет к удвоению номинала частоты входного сигнала. Чтобы избежать такого удвоения частоты, применяют постоянные магниты М1 и М2, создающие дополнительное подмагничивающее поле. Во время одного полупериода магнитное поле, создаваемое этим током, складывается с подмагничивающим полем, и напряженность результирующего поля возрастает. Во время второго полупериода магнитные поля взаимно вычитаются и результирующее поле уменьшается. В результате этого частота колебаний сердечников МС1 и МС2 и, следовательно, частота входного напряжения будут соответствовать частоте входного сигнала.
Характеристика избирательности ЭМФ (рис.19.7) зависит от числа и размеров резонаторов, а также от связи между резонаторами, и может быть получена по форме, близкой к идеальной. Необходимо отметить, что резонансная частота ЭМФ зависит от размеров резонаторов. Увеличение числа резонаторов свыше 89 уже мало сказывается на крутизне скатов характеристики, а значит, и на избирательности фильтра.
σ, дБ
80
40
20
f
∆fП
Рис.19.7. Характеристика избирательности ЭМФ
Полоса пропускания ЭМФ может быть в пределах от десятков герц до десятков килогерц, резонансные частоты – до единиц мегагерц. Избирательность ЭМФ может составлять более 80 дБ.
Одна из возможных схем усилителя промежуточной частоты с ЭМФ показана на рисунке 19.8.
Принцип действия этой схемы ясен из принципа работы ЭМФ. Конденсаторы С1 и С2 совместно с катушками магнитострикционных преобразователей образуют колебательные контуры на входе и выходе фильтра. Эти колебательные контуры с помощью конденсаторов С1 и С2 настраиваются в резонанс на среднюю частоту fПЧ полосы пропускания фильтра. За счет резонансных свойств контуров схема обеспечивает наибольший коэффициент усиления.
ЭМФ
RЭ СЭ RФ CФ
Рис.19.8. Усилитель промежуточной частоты с ЭМФ
При условии согласования характеристического сопротивления фильтра с сопротивлением нагрузки коэффициент усиления каскада можно рассчитать по формуле
К0 = ½ р1 р2 Y21 R 1–Amax·An,
где р1, р2 – коэффициенты включения КФ к выходу усилительного элемента и входу следующего каскада;
Y21 – крутизна характеристики усилительного элемента;
R – нагрузочное сопротивление, равное характеристическому сопротивлению фильтра (обычно 50150 кОм);
Аmax – затухание фильтра в полосе пропускания;
Аn – коэффициент преобразования электрической энергии в механическую (Аn < 1).
Достоинства ЭМФ:
1. Малые геометрические размеры (меньше LC-фильтров).
2. Высокая избирательность.
3. Сравнительно высокая стабильность параметров к изменению температуры и механическим воздействиям.
4. Высокая устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам.
Недостатки ЭФМ:
1. Высокая сложность производства, что приводит к высокой стоимости.
2. Ограниченность рабочего диапазона. На частотах более единиц МГц сложно обеспечить устойчивость работы.
3. Относительно большое затухание в полосе пропускания.
4. Неравномерность коэффициента передачи в полосе пропускания (рис.19.7).
Следует отметить, что с появлением новых материалов, с совершенствованием технологии и конструкции эти недостатки постепенно устраняются.
Выводы по 2-му вопросу:
1. Электромеханические фильтры имеют характеристики, близкие к идеальным: избирательность по соседнему каналу достигает значения 80 и более децибел.
2. В виду своей сложности и высокой стоимости электромеханические фильтры используются, как правило, в профессиональной технике связи.