Надольский А.Н. Теоретические основы радиотехники (2005) (1151788), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

Оно называется резонансным сопротивлением и равноL2 Q 2 R  R0 .RCRПродолжая преобразования формулы для Z ( j ) , получимZ ( j ) Z ( j ) гдеR0R0,1  jQ1 j R p– частотная расстройка,p Q – обобщенная расстройкаконтура.При малых расстройках в области частот, близких к резонансной(   p ) , можно записать  p  2   2p2(   p )2 QQ  Q QQ. p  pppТаким образом, комплексное входное сопротивление контура равноZ ( j ) R0R0e  jarctgQ  Z ( )e j ( ) .1  jQ1  Q 2 2(5.5)ЗдесьZ ( ) R02 2– модуль входного сопротивления контура.

Зависимость1 Q модуля входного сопротивления контура от частоты является амплитудночастотной характеристикой контура; ( )  arctgQ – аргумент входного сопротивления контура. Зависимостьаргумента входного сопротивления контура от частоты является фазо-частотнойхарактеристикой контура.Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики параллельного колебательного контура при различных значениях добротности приведены на рис.5.5.Рис.

5.5. АЧХ (а) и ФЧХ (б) параллельного колебательного контураОпределим полосу пропускания контура на уровне 1R02 21 Q 1R0 ;2Q 2 2  1 ;  пр 2:pQ.Отсюда следует: Q  f p (f пр ) . Данное определение добротности предоставляет возможность ее экспериментального измерения.5.6. УсилителиДля увеличения мощности сигналов с сохранением их формы используютусилители.

Принцип действия усилителей основан на преобразовании энергииисточника питания в энергию сигнала. Основную функцию преобразователяэнергии выполняет усилительный элемент, способный с помощью небольшоговходного сигнала управлять большой энергией источника питания. В качествеусилительного элемента используются электронные лампы, транзисторы, параметрические устройства и др. Усилительный элемент в сочетании с необходимыми для его работы элементами (сопротивлениями, конденсаторами, катушками индуктивности) представляет собой одну ступень усиления, называемуюусилительным каскадом.В зависимости от характера нагрузки и назначения различают усилителинапряжения, тока или мощности. Однако такое разделение условно, так как влюбом случае в конечном счете усиливается мощность сигнала.Среди большого разнообразия типов усилителей, классификацию которыхосуществляют по различным признакам [12], наибольший интерес с позицийспектрального анализа представляют усилители с ярко выраженными частотными свойствами.

Среди них особого внимания заслуживают усилители широкополосные (импульсные) и узкополосные (избирательные).К широкополосным относят усилители, ширина полосы пропускания которых соизмерима со средней частотой этой полосы. Они предназначены для усиления импульсных сигналов различной формы в частности, телевизионных видеосигналов. В структуре этих усилителей отсутствуют резонансные цепи. Заметим, что усилители звуковых частот также являются широкополосными, однако их выделяют в отдельный класс.Узкополосные усилители работают в узкой полосе частот и делятся на резонансные и полосовые усилители.

В резонансных усилителях нагрузкой служит колебательный контур, в полосовых – полосовой фильтр.Рассмотрим схемы и частотные характеристики этих усилителей.5.6.1. Широкополосный усилительНа рис. 5.6 изображены схема усилителя на полевом (МДП) транзисторе собщим истоком и его эквивалентная схема.Назначение элементов схемы усилителя:конденсаторы C p1 и C p 2 – разделительные, блокируют протекание постоянного тока, обеспечивая прохождение только переменных составляющихвходного и выходного сигналов;резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения для подачи на затвортранзистора напряжения рабочей точки;резистор Rи и конденсатор Cи – цепь отрицательной обратной связи длятермостабилизации режима работы усилителя по постоянному току;R Rсопротивление Rсн  с н – нагрузка усилителя;Rс  Rнемкость С п – паразитная емкость, которая проявляется на высоких частотах.Усилитель нагружен на параллельно соединенные сопротивление Rсн иемкость С п .

Такую нагрузку называют апериодической. Поэтому такие усилители часто называют апериодическими.Рис. 5.6. Апериодический усилитель (а) и его эквивалентная схема (б)Процесс усиления входного сигнала данным усилителем с использованиемсток-затворной характеристики транзистора поясняется рис. 5.7.Рис.

5.7. Графическая иллюстрация процесса усиленияПри отсутствии входного напряжения (в режиме покоя) напряжение на затворе равно напряжению смещения, в цепи стока проходит ток покоя ico . На-пряжение на стоке постоянно и равно u co  E c  ico Rc . Выходное напряжениеравно нулю.При поступлении на вход усилителя входного сигнала uвх (t )  E sin  t назатворе транзистора будет действовать напряжение u зи (t )  U зо  E sin  t . Токстока начинает изменяться по синусоидальному закону ic (t )  ico  I 0 sin  t ,при этом напряжение на стоке равноuс (t )  E c  ic (t ) Rc  Ec  ico Rc  I 0 Rc sin  t .Постоянная составляющая не проходит через разделительный конденсаторC p 2 , и на выходе усилительного каскада будет напряжениеuвых (t )   I 0 Rc sin  t .При определенном значении сопротивления Rc и соответствующей крутизне сток-затворной характеристики транзистора амплитуда выходного напряжения I 0 R c может превышать амплитуду входного сигнала E .

Следует обратить внимание на то, что выходной сигнал в схеме с общим истоком находитсяв противофазе входному сигналу.Определим частотный коэффициент передачи усилителя, пользуясь его эквивалентной схемой (см. рис. 5.6,б). На этой схеме изображена эквивалентнаясхема транзистора, содержащая следующие параметры:емкость C си (сток-исток) – межэлектродная выходная емкость транзистора;сопротивление Rвх – входное сопротивление транзистора;усилительные свойства транзистора отражены генератором тока SU с1внутренним сопротивлением Ri и крутизной вольт-амперной (сток-затворной)характеристики S .Делитель в цепи затвора представлен сопротивлением Rд , нагрузка – сопротивлением Rсн .Анализ эквивалентной схемы усилителя позволяет записать выражение длячастотного коэффициента передачи усилителя следующим образом:SU Z( j )K ( j )   1 вых,U вхSU вх K вх ( j ) Z вых ( j )K ( j )    SK вх ( j ) Z вых ( j ) .(5.6)U вхВ этом выраженииj1K вх ( j ) – частотный коэффициент передачи входной цепи, со1  j1стоящей из разделительной емкости С р1 и сопротивления делителя Rд , причем 1  Rд C р1 – постоянная времени входной цепи;Rсн– частотный коэффициент передачи выходной цепи,1  j 2состоящей из паразитной емкости С п , выходной емкости транзистора C си исопротивления нагрузки Rсн , причем  2  Rсн (C си  C п ) – постоянная времени выходной цепи.При получении данного выражения учитывалось, что у полевых транзисторов Rвх  Rд , Ri  Rсн .Таким образом,SRсн j 1SRсн j 1K ( j )  .2(1  j 1 )(1  j 2 )1  j 1  j 2    1 2Z вых ( j ) Из физических соображений очевидно, что 1   2 .

ТогдаSRснК0.2111 j 21 j 2j 11j 1Здесь K 0  SRсн – максимальный коэффициент усиления.Анализ этого выражения целесообразно производить отдельно для нижних,средних и верхних частот.K ( j )  Область нижних частотВ области нижних частот сопротивление емкости xc  1 C имеет большое значение по сравнению со значениями в областях средних и верхних частот. Поэтому шунтирующим действием емкостей C си и Сп можно пренебречьи считать, что  2  1 . Тогдаj1частотный коэффициент передачи K ( j )   K 0;1  j1 1АЧХ:K ( )  K 0;2 21   1ФЧХ: ( )    arctg 1    arctg 1 .22Область средних частотВ области средних частот шунтирующим действием емкостей C си и Сптакже можно пренебречь в силу их малости.

Кроме того, необходимо учесть,что емкость конденсатора С p1 выбирается такой, чтобы его сопротивление вобласти средних частот было значительно меньше сопротивления делителя.Следовательно, в области средних частот можно не учитывать влияние входнойи выходной цепей. Тогдачастотный коэффициент передачи K ( j )   K 0 ;АЧХ:K ( )  K 0 ;ФЧХ: ( )   .Область верхних частотВ области верхних частот сопротивления емкостей уменьшаются по сравнению с их значениями в области нижних и средних частот. Поэтому шунтирующим действием емкостей C си и Сп пренебречь нельзя. В то же время влияние входной цепи ничтожно, как и на средних частотах. Таким образом, можносчитать, что 1  1  1 .

Тогда1частотный коэффициент передачи K ( j )   K 0;1  j 21АЧХ:K ( )  K 0;ФЧХ: ( )    arctg 2 .2 21  2На рис. 5.8 приведены АЧХ и ФЧХ апериодического усилителя. Граничные частоты  н и  в полосы пропускания определены на уровне 1 2 и равны н  2  1 и  в  2  2 .Рис. 5.8.

Характеристики

Список файлов книги