Короткі теоретичні відомості

Основними параметрами смугового підсилювача (СП) є резонансний коефіцієнт підсилення , смуга пропускання , вибірність за сусіднім каналом і коефіцієнт прямокутності , що характеризує форму резонансної характеристики СП.

Останні два параметри визначаються виразами:

; (2.1)

, (2.2)

де – коефіцієнт підсилення при розстроюванні, що відповідає сусідньому каналу (наприклад, для АМ трактів радіомовних приймачів );

– смуга пропускання СП при заданому рівні відліку (звичайно 0,1 чи 0,01).

Особливістю СП, на відміну від підсилювача радіочастоти, є робота на фіксованій частоті. Резонансний коефіцієнт підсилення одноконтурного СП може бути визначений з виразу:

, (2.3)

мінімальне значення ємності контуру одноконтурного СП, припустиме з точки зору стабільності його характеристик, дорівнює:

, (2.4)

де ; і – значення розкиду ємностей з виходу даного ПЕ і входу ПЕ наступного каскаду;

– припустимий зсув резонансної частоти, зумовлений названим розкидом.

Іншим різновидом каскаду СП, є СП із двоконтурним смуговим фільтром (рис.2.1), резонансний коефіцієнт підсилення якого:

, (2.5)

де – фактор (параметр) зв'язку;

– коефіцієнт зв'язку.

Рисунок 2.1 – Двоконтурний СП

Форма АЧХ такого СП залежить від значення фактора зв'язку (рис.2.2), що широко використовується на практиці для регулювання смуги пропускання. Мінімальна смуга пропускання досягається при зв'язку набагато меншому критичного ( ). Відлічена на рівні 0,707 смуга, складає 0,64 смуги пропускання одиночного контуру з тією же добротністю. При критичному зв'язку ( ) вона в рази, а при ( ) – у 3,1 рази перевищує смугу пропускання СП з одиночним коливальним контуром, причому в останньому випадку рівень западини також складає 0,707 від максимального. Регулювання смуги пропускання може також здійснюватися зміною добротності контурів фільтра.

Зі збільшенням числа двоконтурних смугових фільтрів в СП крутість схилів результуючої АЧХ зростає, а форма вершини АЧХ змінюється мало. Завдяки поліпшенню прямокутності, нерівномірність АЧХ у смузі пропускання ( ) зростає значно менше порівняно з підвищенням вибірності , тобто з'являється можливість одночасного задоволення суперечливих вимог – реалізації заданих і .

Найменше значення добротності, що необхідне для одержання заданої вибірності по сусідньому каналі дорівнює:

, (2.6)

де – число двоконтурних смугових фільтрів.

Найбільше значення добротності, що забезпечує необхідну смугу пропускання при заданій нерівномірності АЧХ:

. (2.7)

Поєднуючи вимоги до і , і одержавши подвійну нерівність, яку повинна задовільняти еквівалентна добротність контуру двоконтурного смугового фільтра при правильно обраному числі

, (2.8)

Рисунок 2.2 – АЧХ двоконтурного смугового підсилювача

визначивши , легко визначити конструктивне значення добротності:

, (2.9)

де – коефіцієнт шунтування, що залежить від робочої частоти і виду ПЕ (звичайно ).

Перевагами розглянутих СП є відносна простота виготовлення, настроювання і регулювання. До недоліків варто віднести:

низьку стійкість тракту з декількох таких СП, що призводить до необхідності застосування засобів нейтралізації й зумовлює ускладнення схеми;

залежність частотних характеристик усього тракту від параметрів ПЕ, що виявляється при їхній заміні.

Розглянуті СП відносяться до пристроїв, що реалізують принцип рівномірного розподілу функції підсилення і вибірності.

СП, що реалізують принцип зосередженого поділу функції підсилення і вибірності, вільні від перелічених недоліків і забезпечують додаткові можливості:

високий і стійкий коефіцієнт підсилення тракту, за рахунок використання аперіодичних каскадів, що забезпечують основне підсилення;

високу вибірність, що забезпечується використанням ефективних фільтрів зосередженої селекції;

високу завадозахищеність тракту;

можливість мікромініатюризації.

Однієї з різновидів СП, що реалізують другий принцип, є СП із п'єзоелектричним фільтром (рис.2.3).

Рисунок 2.3 – СП з п’єзоелектричним фільтром

П'єзоелектричні фільтри випускаються вітчизняною промисловістю серійно. Як приклад, можна розглянути параметри і характеристики п'єзоелектричного фільтра типу ПФ1П-2. Резонатори такого фільтра виконані з матеріалів типу КНБС–47 (тверді розчини метанобатів і барію).

Основні параметри фільтра ПФ1П–2:

центральна частота смуги пропускання – 465 кГц;

ширина смуги пропускання на рівні 6дб – (8,8...12,5)кГц;

нерівномірність вершини АЧХ – не більш 2дБ;

згасання на центральній частоті смуги пропускання – не більше 8 дб;

номінальні значення характеристичних опорів:

, .

Особливістю характеристики згасання такого фільтра (рис.2.4) є відсутність монотонно зростаючої характеристики згасання в смузі затримки (суцільна лінія).

Така обставина призводить до того, що цей фільтр при високій вибірності у відношенні сусідніх каналів не забезпечує достатньої фільтрації завад з більшими частотами.

Зазначений недолік п'єзоелектричного фільтра частково може бути усунений ввімкненням послідовно з фільтром резонансного контуру (рис.2.3). Смуга пропускання такого контуру в 2–3 рази перевищує смугу пропускання п'єзоелектричного фільтра. Характеристика згасання контуру зображена на рис.2.4. (пунктирна лінія). АЧХ об'єднаної системи (паралельний контур – п'єзоелектричний фільтр) являє собою суму характеристик ланок системи. Одночасно коливальний контур забезпечує узгодження імпедансів п'єзоелектричного фільтра й ПЕ.

Рисунок 2.4 – Залежність згасання ПФ1П – 2

При виконанні узгодження без додаткових коливальних контурів необхідно виконати умови , . Коефіцієнт підсилення такого СП на центральній частоті:

, (2.10)

де – коефіцієнт передачі фільтра на центральній частоті (відповідає внесеному загасанню).

Інший різновид даних СП – підсилювачі з багатоланковим фільтрами, зокрема на основі реактивних ланок (рис.2.5).

Рисунок 2.5 – СП з багатоланковим LC фільтром

Такі фільтри виконуються з високодобротних – і –елементів. Необхідна смуга пропускання фільтра забезпечується відповідним вибором значень і і визначається їхнім відношенням. Розрахунок таких фільтрів, як правило, виконується графоаналітичним методом. Резонансний коефіцієнт підсилення СП із таким фільтром визначається з виразу

, (2.11)

де – характеристичний опір фільтра;

– коефіцієнт передачі фільтра на центральній частоті.