4..6 Избирательный усилитель

Избирательные усилители предназначены для усиления сигналов в некоторой узкой полосе частот. Их частотная характеристика должна обеспечивать максимальное усиление в заданной узкой полосе частот («избирательное» усиление с выделением одного « полезного » сигнала) и достаточно крутой спад усиления вне этой полосы.

Полоса пропускания 2Δf =f_В – f_Н определяется на уровне K_um / 2 (см. рис.4.10), где K_um – коэффициент усиления на резонансной частоте. Отношение боковых частот f_В / f_Н 1,1.

Рис.4.10 Амплитудно-частотная характеристика избирательного усилителя

Частотная избирательность таких усилителей создает высокую помехозащищенность систем, работающих на фиксированных частотах, что широко используется в устройствах автоматического управления и контроля. На этом свойстве основана работа некоторых измерительных устройств.

Избирательные усилители применяются в радиоприемных и телевизионных устройствах, а также в многоканальных устройствах связи

На высоких частотах f₀ >1 – 5 мГц избирательность усилителя создается введением параллельного колебательного контура в цепь нагрузки усилительного каскада (резонансные усилители) .

Схема однокаскадного избирательного усилителя с параллельным резонансным контуром на полевом транзисторе показана на рис.4.11..

Рис.4.11. Схема однокаскадного избирательного усилителя

с параллельным резонансным контуром.

Параллельный резонансный контур включен в стоковую цепь транзистора вместо резистора R_C . Назначение остальных элементов усилителя то же, что и в усилителе по схеме с общим истоком, представленном выше на рис. 4.7.

Работа схемы. На частоте резонанса f₀ , равной сопротивление колебательного контура чисто активное и максимальное по величине. А потому и коэффициент усиления усилителя максимален и равен K_um . При отклонении частоты влево или вправо от f₀ сопротивление контура уменьшается из-за шунтирующего действия соответственно индуктивности L или емкости конденсатора C. Это в свою очередь уменьшает коэффициент усиления усилителя ( см. рис.4.10).

4.7. Усилители мощности звуковой частоты. Классы усиления

Усилитель мощности обычно является оконечным каскадом многокаскадного усилителя, он работает на внешнюю нагрузку: обмотку реле, электродвигатель и т. п. Сопротивление нагрузки в большей части случаев низкоомное, а потребляемая мощность может достигать сотен ватт.

К усилителям мощности предъявляются следующие требования:

1) усилители должны отдавать возможно большую колебательную мощность,

2) работать с большим КПД ( ),

3) усилители должны иметь возможно меньшие нелинейные искажения.

Перечисленные требования противоречивы, и часто выполнение одного из них ведет к невыполнению другого.

В зависимости от положения рабочей точки на динамических характеристиках, а также от величины входного сигнала различают режимы работы усилителей мощности, или классы усиления. Эти классы иллюстрированы с помощью характеристик транзистора (рис. 4.12). Во входных характеристиках показаны рабочие точки 0₁, 0₂ и 0₃,и входной сигнал U_вх и I_вх; в выходных – рабочие точки 0₁, 0₂ и 0₃,и выходные токи и напряжения I_к~ и U_к~ .

В классе А рабочая точка берется на середине динамической характеристики, а входной сигнал выбирается таким образом, чтобы выходные токи и напряжения были возможно большими. КПД определяется как отношение колебательной мощности P_ к полной, расходуемой источником питания, Р_о. Мощность Р_ = 0.5U_{к макс}I_{к макс}, где U_{к макс} и I_{к макс} – амплитуды переменных составляющих выходного напряжения и тока. Полная мощность Р_о=Е_кI_ок, где Е_к – напряжение источника питания, а I_ок – постоянная составляющая тока источника питания. В классе А =30...40 %, а нелинейные искажения невелики. В классе А в режиме покоя транзистор потребляет значительную мощность – это недостаток данного режима.

В классе В, как и в классе С, – режимы работы с отсечкой тока, т. е. транзистор усиливает не весь входной сигнал, а только часть его. Половина интервала времени, в течении которого транзистор проводит ток и усиливает входной сигнал, называется углом отсечки . В классе В угол =90^о эл. град., в классе С обычно =70^о эл. град. Выходной сигнал сильно искажен. Но КПД в классах В и С значительно выше, чем в классе А, так как в режиме покоя в этих классах ток источника питания почти не потребляется. КПД класса В 67 %, класса С 80 %.

Класс В, как и промежуточный класс АВ, применяют в двухтактных усилителях мощности (см. далее), где нелинейные искажения значительно выше, чем в классе А..

Рис.4.12 Характеристики транзистора при его работе в разных классах усиления