Электроника в вопросах и ответах

Рис. 9.1. Амплитудные характеристики усилителей:

_{а — нерезонансного; б — резонансного}

Где применяют избирательные усилители?

Как уже упоминалось, они используются в тех случаях, когда предназначенный для усиления сигнал обладает спектром, сосредоточенным вблизи некоторой частоты. Такого рода сигналы чаще всего получают при модуляции (см. гл. 11), заключающейся в «маркировке» колебания несущей частоты (сигнала высокой частоты f₀) полезным модулирующим сигналом, например звуковым или изображения. Наложение полезного сигнала на несущее колебание используется в том случае, когда информация передается по кабельному или радиотракту на большие расстояния и для эффективной передачи необходимо использование высокой частоты.

Модулированный сигнал высокой частоты, попадающий на вход приемного устройства, обычно очень слабый, и в связи с этим его необходимо усиливать. Поэтому в, каждом приемнике, радиовещательном, телевизионном или радиолокационном, необходимо использовать резонансный усилитель, предназначенный для усиления несущего сигнала совместно со всем спектром частот, возникающих в процессе модуляции.

Что понимается под избирательностью резонансного усилителя?

Избирательность усилителя определяет его способность исключать нежелательные сигналы. В общем требуется, чтобы усилитель усиливал сигналы в определенной полосе частот, но в то же время не пропускал сигналы, находящиеся вне этой полосы. Если речь идет о максимальной избирательности, то идеальной была бы амплитудная характеристика усилителя прямоугольной формы. Помимо невозможности получить такую характеристику резкие спады характеристики не всегда приемлемы по другим причинам, в частности из-за сопутствующих им фазовых искажений.

Характеристика избирательности изображена на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Характеристика избирательности резонансного усилителя

Ширину полосы пропускания В усилителя определяют точки по уровню 3 дБ спада усиления, отмечающие нижнюю и верхнюю граничные частоты, аналогично случаю нерезонансных усилителей. За этими точками характеристика монотонно спадает. На рисунке показана также идеальная прямоугольная характеристика избирательности.

Сторона прямоугольника, параллельная оси частот, обозначает полосу пропускания, в пределах которой усиление не меняется.

Стороны, перпендикулярные оси частот и отмечающие на этой оси граничные частоты, являются пределами, за которыми усиление равно нулю. За количественную меру избирательности, в особенности узкополосного усилителя, часто принимается коэффициент прямоугольности р, определяемый отношением ширины полосы пропускания при уменьшении коэффициента усиления на 3 дБ к ширине полосы при падении коэффициента усиления на 20 дБ. Часто избирательность определяется затуханием на несущих частотах соседних каналов, которые могут являться помехами усиливаемому сигналу.

Какой усилитель называется узкополосным, а какой широкополосным?

Ширина полосы частот, занимаемая усиливаемым сигналом, зависит от вида модуляции и полосы частот модулирующего сигнала. С этой точки зрения узкополосным резонансным усилителем является усилитель сигнала с модуляцией звуковым сигналом, а широкополосным — усилитель сигнала с модуляцией сигналом изображения.

Из-за сложностей выполнения резонансного усилителя принципиальное значение при отнесении усилителя к первой или второй группе имеет отношение средней частоты f₀ к ширине полосы В. Когда это отношение достаточно велико (больше 10), усилитель считается узкополосным, в противном случае (f₀/B < 6) — широкополосным. Более точно указать границу, разделяющую эти две группы усилителей, затруднительно.

В соответствии с указанным определением усилитель, работающий на средней частоте f₀ = 600 МГц и имеющий полосу, соответствующую модулирующему сигналу изображения (В = 6 МГц), является узкополосным, а при f₀ = 20 МГц — широкополосным. — Прим. ред.

Какими параметрами характеризуется резонансный усилитель?

Основными параметрами резонансного усилителя являются коэффициент усиления, форма частотных характеристик, избирательность, а также устойчивость и постоянство работы (рабочих характеристик).

Для узкополосных усилителей обычно несущественна фазочастотная характеристика, в то же время принципиальное значение имеют устойчивость и постоянство рабочих характеристик, которые обусловливают малое влияние внешних и внутренних факторов на коэффициент усиления и форму частотной характеристики.

В связи с этим площадь усиления используемых активных элементов реализуется не полностью. Коэффициент усиления не может быть очень высоким, исходя из возможности возникновения генерации либо уменьшения устойчивости схемы, вызванных наличием внутренних ОС в усилительных элементах.

В широкополосных усилителях проблема устойчивости является менее критичной, так как при постоянной площади усиления (произведения GВ) коэффициент усиления ограничен большой полосой пропускания. В то же время принципиальное значение имеет форма амплитудной и фазовой характеристик, определяющая свойства усилителя.

Избирательность в общем более важный параметр для узкополосных усилителей, чем для широкополосных.

Какие активные элементы применяют в резонансных усилителях?

Активными элементами в резонансных усилителях являются лампы, транзисторы и интегральные микросхемы. Каждый из этих элементов обладает определенными свойствами, которые существенным образом влияют на схемное и конструктивное решение усилителя. Широко применявшиеся до недавнего времени электронные лампы характеризовались достоинствами, непосредственно вытекающими из способа управления ими по напряжению. В диапазоне не очень высоких частот, где входное сопротивление лампы не зависит от времени пролета электронов и индуктивности выводов, лампа практически не вносит затухания в резонансные контуры, поскольку ее входное и выходное сопротивления велики. Свойства усилителя в этом случае зависят лишь от нагрузки (резонансных контуров).

Проблема устойчивости ламповых усилителей менее остра из-за меньшей «прозрачности» лампы вследствие небольших «обратных» емкостей. В настоящее время лампы почти полностью вытеснены транзисторами и используются только в мощных устройствах (например, в передатчиках).

Применяемые в резонансных усилителях транзисторы характеризуются высокой граничной частотой, большим значением крутизны S и относительно малой «обратной» емкостью. Однако эта емкость больше, чем у ламп, и поэтому транзисторные усилители, особенно узкополосные, требуют тщательного анализа устойчивости, что чаще всего вызывает ограничение допустимого значения коэффициента усиления.