Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 27
Текст из файла (страница 27)
ОУ с внутренней коррекцией (см. рис. 6.7) имеет частоту единичного усвления /';= 10в Гц и коэффициент усиления на низких частотах Ксок = 5 10~. Определить полосу пропускания А/ усилителя, использующего данный ОУ, если его коэффициент усиления Кс = 10. Оивелп А/ = 10' Гц. б.23. Между входами ОУ (рис.
б.18) включен фотодиод ФД, ток которо~о при данной освещенности составляет 5 мА. Какой резистор следует включить в цепь обратной связи, чтобы получить на выходе напряжение 17„к = 5 В2 Оевеап В =1 кОм. ГЛАВА 7 ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ И АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ ~ 7.1. РЕЗОНАНСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ Избирательные усилители с нагрузкой в виде резонансно~о 1С-контура используют в диапазоне радиочастот для выделения узкополосного сигнала из сложного по спектральному составу входного колебания.
На рис. 7.1 изображена схема усилителя с последовательным включением контура. Эквивалентная схема усилителя по переменному току приведена на рис. 7.2, а его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) — на рис. 7.3. Подобный вид АЧХ определяется частотно-избирательными свойствами параллельного резонансного контура, который характеризуется следующими параметрами: 1) частотой резонанса ыв= 1/$/гх.„,„; 2) волновым (характеристическим) сопротивлением р=)/Я „; 3) добротностью Д= р/В, где )1 — активное сопротивление потерь в контуре; 4) полосой пропускания 2А/; измеряемой на уровне 0,707 от резонансного значения напряжения 6'„ (рис. 7.3).
Полоса пропускания связана с добротностью контура соотношением Д=/с/(2А/'). Добротность усилителя Д, меньше добротности контура Д, что связано с шунтирующим действием нагрузки и выходного сопротивления усилителя. Вводят 1 Фг 1 э Оунуи Ряс. 7.1 г" а Ф~ Ф Рис 7.3 понятие эквивалентного сопротивления контура усилителя В „ которое удовлетворяет соотношению щз — = — + — + —. )(экв ) О навык ~(н Здесь К „— выходное сопротивление усилителя '1й:и г„' = г„/(1+ ())); )1„— сопротивление нагрузки; м„= = У~/ӄ— коэффициент включения контура к транзистору; м„= У„/(/„— коэффициент включения контура к нагрузке; Ке= 1/(С„„,Я) — резонансное сопротивление контура, где по- прежнему  — сопротивление потерь в контуре.
Тогда а =ад. /Во. Итак, эквивалентная добротность контура тем меньше, чем сильнее шунтируется контур сопротивлением нагрузкй и выходным сопротивлением транзистора. Влияние паразитных емкостей учитывают, вводя полную емкость контура усилителя С = Скж + С .н3+ С„иЦ, где ф— выходная емкость усилителя 1С „С„* = С„(1+ Я; ф— емкость нагрузки. С учетом последнего равенства получим гэо= 1/)/ьС, т.
е. в реальном резонансном усилителе за счет паразитных емкостей несколько изменяется частота резонанса и соответственно добротность при неизменных значениях 7( и Я,„,: О,',„= 0'В .,Ф, (7.2) где Д'= р'/й и р'= ~/Я. КоэФфициент усиления усилителя на резонансной частоте Хио = ОВ,„„в„т„ (7.3) ~~г + гя + гэ (1 + Р) Величины Хсе и Д „существенно зависят от коэффициентов включения контура гл„и н„; при изменении ль и т„может также несколько изменяться и резонансная частота. С уменьшением коэффициентов включения эквивалентная добротность контура увеличивается, повышается избирательность усилителя, но его усиление при этом палает. Варьируя величины в, и в„, можно обеспечить требуемые параметры усилителя. ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ 7.1. Рассчитать резонансный усилитель с последовательным включением ЕС-контура (см.
рис. 7.1). Усилитель должен работать от источника сигнала с сопротивлением Л„=0,1 кОм на нагрузку с параметрами Я„=1 кОм, С„= 100 пФ и обеспечивать резонансную частоту (е = 500 кГц, добротность Д „> 35 и усиление на резонансной частоте Хсе > 20. Решение 1.
Выбираем подходящий транзистор по справочнику так, чтобы верхняя граничная частота 1, »7е. Таким прибором- может быть транзистор типа ГТ305А с частотой ); = 150 мГц. 2. Исходя из характеристик этого транзистора, находим примерное расположение рабочей точки и определяем элементы схемы Хп Вз, Я„обеспечивающие выбранную рабочую точку. 3. Положим сначала, что коэффициенты включения контура т„= ш„= 1„и определим элементы резонансного контура. Для выбранного транзистора С„ = 7 пФ; следовательно, С, = Сч = С„(1 + ~) ж 7 30 = 210 пФ. Емкость нагрузки, по условию, С,=100 пФ. Для того чтобы емкости С и С„не влияли на резонансную частоту, выберем С„,„л~ С + С„.
Пусть С„= 10000 пФ, тогда Х,= =!ЯС..о4) = 1/~С„(2я)е)з~ = 10 мкГн. Известно 1103, что для катушки индухтивности неболыпих размеров в диапазоне частот 0,1 — 1 МГц характерны величины добротностей Д = 20 —: 100. Потери в инлуктивности контура обычно много больше потерь в емхости, и поэтому доброт- цость контура определяется добротностью катушки. Выберем (э„м = 50, тогда р ) / ь 1 1 / 10 10 В= — = —.— = ° — =0,63 Ом, Д )/ С Д ~/ 10в 10-гг ' 50 оа В 10 Ву а С л — 104-10- г.обз 1470 Ом. 4. Определим эквивалентное сопротивление контура из соотношения — г г лг В. й, й„л "«вн где н,~ = г„/(1+ ()) кв 20 кОм.
Отсюда В, =595 Ом. в 5. Вычислим добротность всего в, вУ усилителя: + "вах В 597 Х 0 0 э 50 1470 0 р дв 6. Найдем усиление на резонансной частоте: ()Я,,гл„яг„30 0,595 Кое Вг+ ге+ гэ(1+ В) 0,1+ 0„7 7. Из-за шунтнруюшего действия нагрузки значение 1(„„получилось слишком малым. Примем коэффициент включения контура в нагрузку гл„=0,5. Тогда пересчитанное значение Я,„„=1,08 кОм; при этом Дг =50 1,08/1,47=36,5 и Кое —— = 30 1,08. 0,5/0,8 ге 20, т. е. требования, сформулированные в условиях задачи, удовлетворены.
7.2. Для условий предыдущей задачи определить коэффициенты включения контура ш„и яг„, лри которых обеспечивается значение Д = 30. Определить при этом значение Коа. Принять, что яг„= яг„. Огвввлг: 0,67; 15,0. 7.3. Выбрать элементы параллельного ВС-контура, который обеспечивал бы резонансную частоту 100 кГц и полосу пропускання 5 кГц. Принять активное сопротивление потерь в контуре равным 100 Ом. Овгвеяг: 3,18 мГн; 796 пФ. 7.4.
Рассчитать резонансную частоту и коэффициент усиления на резонансной частоте усилителя, изображенного на рис. 7.4, если В,=10 кОм, Вг=50 кОм, В=10 мГн, С= = 1000 пФ. Считать операционный усилитель идеальным.. Огяввлг: 50 кГц; 5. й 7.2. ИЗБИРАТЕЛЬНЫЕ КС-УСИЛИТЕЛИ С ЦЕПЯМИ МИНИМАЛЬНОГО ТИПА Цепями минимального типа будем называть цепи, у которых на частоте настройки, где вносимый угол сдвига фаз равен нулю, коэффипиент передачи достигает минимума.
На рис. 75 представлены АЧХ и ФЧХ цепи минимального типа. Для получения резонансных характеристик обычного вида цепь минимального типа должна быть включена в цепь отрицательной связи достаточно широкополосного усилителя, причем частота настройки цепи минимального типа должна лежать в середине полосы пропускания этого усилителя. На рис. 7.б показана структурная схема, а на рис. 7.7 — 'АЧХ избирательного КС-усилителя с цепью минимального типа.
На частоте До отрицательная обратная связь фактически отсутствует и коэффициент усиления будет наибольшим. По аналогии с резонансным контуром можно определить эквивалентную добротность Д избирательного КС-усилителя: а = И(2Д7"О). Значение Д зависит, во-первых, от значения коэффициента усиления Ко, так как чем больше Ко, тем круче АЧХ усилителя, и, во-вторых, от добротности Д цепи минимального типа. Количественно эту связь можно выразить формулой 0 - И~о. (7.Я Рис 7.б Рис.
25 Рис. 7.7 Рис 7.8 2С К )/н )/н — — — — Ус= 0= Сэ 2йэ ' 2кКС' 2(1+н)' где и — любое целое положительное числа. (7.б) гс Рис. 7.10 Рис. 7.У Рис 7.11 Рис 7.П Отсюда следует, что за счет достаточно большого коэффнцненга усиления можно добиться весьма высокой добротностн, т. е. узкой полосы пропускання избирательного йС-усилителя. Среди цепей минимального тина чаще всего используют двойной Т-образный мост (рис. 7.8). Основное его достоинство — добротносты сравнительно высокая для КС-цепей. В завнсимости от выбора элементов моста возможны следующие случал: а) на частоте настройки 7 >О и ср= О, при этом частотные характеристики моста имеют внд, тнпнчный для цепи минимального типа (рис. 7.9); б) на частоте настройки 7 > О н ~р к (рис. 7.10), в этом случае при включении моста в цепь отрицательной обратной связи возможен подъем АЧХ усилителя и даже генерация, так как на частоте настройки обратная связь становится положительной; в) третий, наиболее употребляемый, случай соответствует 7=0 на частоте настройки.
Прн этом фаза ср претерпевает разрыв (рис. 7.11). В последнем случае обеспечивается наибольшая добротность избирательного усилителя без опасности самовозбуждения. Подобный режим обеспечивают балансировкой моста. Если мост симметричен, т. е. И, = Из = И, С, = Сз = С, то условия нулевого баланса, выраження для частоты настройки и добротности моста имеют вцд (7.7) (7.8) К „> 10ОК„ К „„< Ко/100. На частоте настройки сопротивления Кгк и К,„„определяются по одной и той же формуле 1 К „=К „- — К,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
