2.2Включение резонансной цепи в транзисторный усилитель

Резонансная цепь включается вместо коллекторного резистора усилителя на биполярном транзисторе. Двухконтурная цепь с индуктивной связью может быть заменена на эквивалентную цепь с другими видами связи (Рис. 2.1).

Сопротивление контура по постоянному току близко к нулю. Но часто последовательно с контуром устанавливается резистор RC-фильтра. Фильтр препятствует прохождению высокочастотных составляющих усиливаемого сигнала в другие цепи (каскады). Одновременно, образуется обратная связь по напряжению на очень низких частотах. Отсюда следует, что расчет рабочей точки нужно проводить, опираясь на теорию апериодического усилителя с обратной связью по напряжению и по току, т.е. на теорию, изложенную в предыдущей лабораторной работе.

Сопротивление контура по переменному току определяется всеми составляющими, в том числе R_К. Поэтому легко построить эквивалентную схему резонансного усилителя на основе эквивалентной схемы для апериодического усилителя и рассчитать все характеристики – , , , , .

Рис. 2.1 – Виды связей колебательных контуров

а) индуктивная; б) внутренняя емкостная; в) внешняя емкостная;

г) трансформаторно-емкостная; д) резистивная; е) автотрансформаторная

В обобщенном случае каждому виду связи можно поставить в соответствие схему на рис. 2.2. Для нее ток в первом контуре:

(2.9)

или с учетом обозначений и .

(2.10)

или с учетом обозначения :

(2.11)

Аналогично рассуждая можно получить формулу тока во втором контуре:

(2.11)

где .

Комплексное сопротивление можно разделить на активную и реактивную части:

(2.12)

При связи через реактивное сопротивление:

(2.13)

(2.14)

3Лабораторная схема резонансного усилителя

Рис. 3.1 Лабораторная схема резонансного усилителя

4Расчет резонансного усилителя

Расчет резонансного усилителя с системой связанных контуров – рис. 3.1, состоит из двух основных этапов:

1. расчет каскада по постоянному току;

2. расчет каскада по переменному току.

Расчет по постоянному току выполняется аналогично расчету соответствующего апериодического каскада, за исключением наличия фильтра нижних частот R_ФC_Ф в цепи питания каскада. Наиболее оптимальный путь адаптации расчета, сделанного в предыдущей лабораторной работе – заменить напряжение источника питания на напряжение на коллекторе транзистора. Сопротивление коллекторного резистора (R4) следует принять равным нулю (шунтируется катушкой контура).

Фильтр рассчитывается следующим образом:

1. Задаются падением напряжения на сопротивлении R7:

.

(4.1)

Далее встраивают значение R7 в расчет по постоянному току, рассмотренный для апериодического усилителя в предыдущей лабораторной работе.

2. Рассчитывают значение емкости фильтра С7:

.

(4.2)

Расчет по переменному току сводится к расчету колебательного контура, полосы пропускания и коэффициента усиления каскада с учетом нагрузки и выходной проводимости транзистора g₂₂, учитывать которую необходимо обязательно:

1. Задаются значением индуктивности контура L_K из таблицы 4.1 в соответствии с частотным диапазоном.

Таблица 4.1 – Практически реализуемые значения элементов контуров

Параметр	Частота, МГц
	0.10.5	0.51	15	510	1020	2040	40100	100200
Lkmin, Гн	50050	30030	3012	126	63	30.3	0.30.1	0.10.05
Сkmin, pФ	128	106	85	63	42	31.5	21	10.5

2. Вычисляют емкость конденсатора контура C_K:

.

(4.3)

3. Вычисляют резонансное сопротивление контура R_K, задавшись конструктивной добротностью контура Q, зависящей от частоты (таблица 5.1):

.

(4.4)

4. Определяют полосу пропускания ненагруженного контура:

.		(4.5)
где	= – коэффициент изменения полосы для критической связи (наилучшая прямоугольность АЧХ).

5. Вычисляют эквивалентные добротности контуров (g₂₂ для точного расчета следует определить, как выходную проводимость транзистора h_oe в лабораторной работе №2. При этом следует собрать схему из лабораторной работы №2.):

.	(4.6)
.	(4.7)
	(4.8)
.	(4.9)

6. Определяют полосу пропускания нагруженного контура:

.

(4.10)

7. Вычисляют требуемый коэффициент связи, который служит для количественной оценки взаимного влияния контуров:

		(4.11)
,		(4.12)
где	K1, K2 – коэффициенты связи для первого и второго контуров. – фактор связи (если , ).

8. Вычисляют значения элемента связи:

1. для индуктивной связи – рис. 2.1.а:

   ;		(4.13)
   где	M – коэффициент взаимоиндукции.

2. для внутренней емкостной связи – рис. 2.1 б:

   ;	(4.14)
   ;	(4.15)

3. для внешней емкостной связи – рис. 2.1 в:

;	(4.16)
;	(4.17)

4. для трансформаторно-емкостной связи – рис. 2.1 г:

   ;	(4.18)
   	(4.19)

5. для резистивной связи – рис. 2.1 д:

   ;	(4.20)
   ;	(4.21)

6. для автотрансформаторной связи – рис. 2.1 е:

;	(4.22)
;	(4.23)

9. Коэффициент усиления резонансного усилителя K₀ по напряжению вычисляется на основе упрощенной двухполюсной модели (Рис. 4.1) при критической связи на резонансной частоте. При этом следует учесть влияние второго контура на первый. Напряжение на первом контуре:

(4.24)

где

ЭДС во втором контуре при индуктивной связи (для емкостной связи можно получить аналогичный вывод):

(4.25)

Напряжение на втором контуре:

(4.26)

Сопротивление

(4.27)

При равенстве индуктивности первого и второго контура:

(4.28)

Здесь и коэффициент передачи при резонансе:

	(4.29)
	(4.30)

	(4.31)
	(4.32)
	(4.33)

Рис. 4.1 Эквивалентная схема резонансного усилителя