Лекция №6 резонансные усилители
Одними из самых распространенных усилителей, наряду с апериодическими, являются резонансные (избирательные) усилители.
Необходимость использования резонансных усилителей очевидна. Если апериодические усилители усиливают сигналы в достаточно широкой полосе частот, то резонансные, наоборот, усиливают сигналы в заданной и достаточно узкой полосе частот.
Резонансные усилители широко используются в технике связи:
– в радиоприемниках – в трактах приема радиосигнала из эфира;
– в резонансных радиопередатчиках и радиостанциях – в трактах формирования и усиления сигнала.
Вопрос №1 Принципиальная схема резонансного усилителя (ру). Состав и назначение элементов схемы
Определение. Резонансным (избирательным) усилителем называется усилитель, в котором нагрузкой усилительного элемента является избирательная система.
Избирательная система настраивается в резонанс на частоту усиливаемого сигнала (поэтому, иногда, такие усилители называются резонансными). Избирательная система, например, колебательный контур, представляет собой большое сопротивление для одних частот и малое сопротивление для других частот. На этом и основан принцип избирательности усилителя по частоте. Таким образом, перед избирательным усилителем, в отличие от апериодического, не ставится задача одинакового усиления в как можно более широкой полосе частот. Наоборот, он должен усиливать только спектр сигнала, попадающий в полосу пропускания избирательной системы усилителя. За пределами полосы пропускания коэффициент усиления такого усилителя резко падает.
Согласно классификации усилителей в резонансных (избирательных) усилителях применяются следующие виды избирательных систем:
– одиночный колебательный контур,
– полосовой фильтр:
– двухконтурный фильтр,
– многозвенный LC-фильтр,
– кварцевый фильтр,
– электро-механический фильтр и др.
Определение. Усилители, в которых нагрузкой усилительного элемента являются полосовые фильтры, называются полосовыми усилителями.
Если в процессе работы избирательную систему усилителя можно перестраивать с одной частоты на другую, то такой усилитель называется перестраиваемым. Например, перестраиваемым избирательным усилителем, как правило, является усилитель радиочастоты (УРЧ) радиоприемника.
Если в процессе работы частоту настройки усилителя изменить нельзя, то это будет неперестраиваемый усилитель (имеет фиксированную настройку). Например, усилителями с фиксированной настройкой, как правило, являются усилители промежуточной частоты (УПЧ) радиоприемника.
Простейшим видом избирательной системы является колебательный контур, на использовании свойств которого и основан принцип действия резонансного усилителя.
Для более полного понимания процессов, протекающих в резонансном усилителе, необходимо рассмотреть основные свойства колебательного контура. Существует два типа одиночного колебательного контура: последовательный и параллельный (рис.6.1). В последовательном контуре наблюдается резонанс напряжений, а в параллельном – резонанс токов.
а) б)
Рис.6.1. Колебательный контур:
а) последовательный б) параллельный
Ниже приведены параметры последовательного колебательного контура.
Ток в этом контуре равен
.
(6.1)
На резонансной частоте ω0 реактивное сопротивление контура становится равным нулю, то есть выполняется условие
.
(6.2)
Резонансная частота через собственные параметры контура определяется выражениями
.
(6.3)
При этом ток в контуре достигает максимального значения
.
(6.4)
Отношение напряжения (U) на одном из реактивных сопротивлений контура, например, на конденсаторе, к напряжению источника UИСТ называется коэффициентом передачи напряжения контура
.
(6.5)
В момент резонанса, когда частота источника сигнала равна резонансной частоте контура, ток в контуре будет наибольший, а значит, и напряжение на реактивном сопротивлении достигнет максимального значения Umax. Коэффициент передачи напряжения при этом достигает максимального значения, называемого добротностью контура Q
.
(6.6)
Добротность контура также можно определить через параметры контура
.
(6.7)
Иногда, вместо добротности контура применяется обратная величина d=1/Q, называемая затуханием.
При изменении частоты источника сигнала в ту или иную сторону от резонансной частоты (появляется расстройка ∆f) ток в контуре уменьшается и соответственно уменьшается коэффициент передачи напряжения контура. Отношение добротности контура к коэффициенту передачи напряжения при заданной расстройке ∆f называется избирательностью контура и обозначается через δ.
В
общем случае
.
(6.8)
При
относительно малых расстройках
(не более 10%) можно считать, что
,
где
– частота источника сигнала,
– резонансная частота контура.
Тогда избирательность δ определяется выражением
,
(6.9)
где
–
удвоенная относительная расстройка,
– обобщенная
расстройка.
Если обозначить обобщенную расстройку через ξ
,
(6.10)