Паралельний Коливальний контур. Резонанс струмів. Резонансний підсилювач

Колива́льний ко́нтур або коливний контур — електричне коло, складене з резистора, ємності та індуктивності, в якому можливі коливання напруги й струму. Коливальні контури широко застосовуються в радіотехніці та електроніці, зокрема в генераторах електричних коливань, в частотних фільтрах. Вони використовуються практично в кожному електротехнічному пристрої.

Резонанс струмів

Розглянемо тепер випадок, коли біля паралельно сполученого конденсатора і котушки опинилися рівними їх реактивні опори, тобто XLL = XC.
Якщо ми, як і раніше, вважатимемо, що котушка і конденсатор не володіють активним опором, то при рівності їх реактивних опорів (YL = YC) загальний струм в нерозгалуженій частині кола виявиться рівним нулю, тоді як у вітках протікатимуть рівні струми найбільшої величини. У колі в цьому випадку наступає явище резонансу струмів.

При резонансі струмів діючі значення струмів в кожному розгалуженні, визначаються відношеннями IL = U / XL і IC = U / XC будуть рівні між собою, так XL = ХC.

Висновок, до якого ми прийшли, може здатися на перший погляд досить дивним. Дійсно, генератор навантажений двома опорами, а струму в нерозгалуженій частині кола немає, тоді як в самих опорах протікають рівні і притому найбільші по величині струми.

Пояснюється це поведінкою магнітного поля котушки і електричного поля конденсатора. При резонансі струмів, як і при резонансі напруг відбувається коливання енергії між полем котушки і полем конденсатора. Генератор, об`єднавши одного разу енергію кола, позначається як би ізольованим. Його можна було б зовсім відключити, і струм в розгалуженій частині кола підтримувався б без генератора енергією, яку на самому початку запасло коло. Так само і напруга на затискачах кола залишалася б такою самою, яку розвивав генератор.

Таким чином, і при паралельному з'єднанні котушки індуктивності і конденсатора ми отримали коливальний контур, що відрізняється від описаного вище тільки тим, що генератор, що створює коливання, не включений безпосередньо в контур і контур виходить замкнутим.

Графіки струмів, напруги і потужності в колі при резонансі струмів: а — активний опір дорівнює нулю, коло потужності не споживає; б — коло володіє активним опором, в нерозгалуженій частині кола з'явився струм, коло споживає потужність.

Значення L, С і f, при яких наступає резонанс струмів, визначаються, як і при резонансі напруг (якщо нехтувати активним опором контура), з рівності:

ωL = 1 / ωC

Отже:

fрез = 1 / 2π√LC
Lрез = 1 / ω2С
Срез = 1 / ω2L

Змінюючи будь-яку з цих трьох величин, можна добитися рівності Xl = Xc, тобто перетворити коло на коливальний контур.

Отже, ми отримали замкнутий коливальний контур, в якому можна викликати електричні коливання, тобто змінний струм. І коли б не активний опір, яким володіє всякий коливальний контур, в ньому безперервно міг би існувати змінний струм. Наявність же активного опору приводить до того, що коливання в контурі поступово затухають і, щоб підтримати їх, необхідне джерело енергії - генератор змінного струму.

У колах несинусоїдального струму резонансні режими можливі для різних гармонійних складових.

Резонанс струмів широко використовується в практиці. Явище резонансу струмів використовується в смугових фільтрах як електрична «пробка», що затримує певну частоту. Оскільки струму з частотою f виявляється значний опір, то і падіння напруги на контурі при частоті f буде максимальним. Ця властивість контура набула назви вибірковість, воно використовується в радіоприймачах для виділення сигналу конкретній радіостанції. Коливальний контур, що працює в режимі резонансу струмів, є одним з основних вузлів електронних генераторов.

Резонансний підсилювач - це підсилювач, в якості навантаження якого використовується коливальний контур. Схема найбільш часто використовується резонансного підсилювача з загальним емітером наведена на рис. 4. Тут в якості колекторної навантаження використовується па раллельно коливальний контур.

Властивості паралельного коливального контуру використовуються при роботі резонансного підсилювача. Подамо на вхід каскаду напру ження з частотою ю, рівній резонансній частоті коливального кон туру. З такою ж частотою буде змінюватися струм коллек тора, викликаючи коливання в контурі. Як відомо, на резонансній частоті індуктивна і ємнісна складові провідності конту ра однакові, а їх сума дорівнює нулю:

Отже, змінний струм колектора буде протікати тільки по резисторам Rк і RH. Так як, як правило, Rк >> RH, то більша частина струму надходить на вихід каскаду, створюючи на резистори нагруз ки RH велику вихідну напругу. Якщо частота вхідного сигналу про більше або менше резонансної частоти wр, то взаємної компен сації провідностей котушки і конденсатора контуру не відбувається і змінний струм починає відгалужуватися через котушку або конден саторі, не надійшов на вихід каскаду.

Амплітудно-частотна характеристика резонансного підсилювача наведена на рис. 5. На малюнку відзначені резонансна частота підсилю теля fp, максимальний коефіцієнт посилення Ко і смуга пропуску ня підсилювача П, обумовлена ​​за рівнем 0,707 Ko.

Знайдемо основні показники резонансного підсилювача: коефіцієн ент посилення, АЧХ і смугу пропускання. Використовуючи формулу (7.1.1) для підсилювача з загальним емітером і враховуючи, що провідність па раллельно контуру дорівнює

отримаємо

де RCH - сумарний опір паралельно з'єднаних Rке, RH "і rке. На резонансній частоті вираження в круглих дужках у знаме Натела формули (1) дорівнює нулю і модуль коефіцієнта посилення ра вен К0 = SRCH. Так як резонансний підсилювач використовується на часто тах поблизу резонансу, то зручно ввести расстройку частоти  w = w - wp. Враховуючи, що  w << wр формулу (1) перетворимо до виду

де Q = RCH / p - добротність контуру, р = wРL / wРC - характе ристических опір контуру. Модуль отриманого виразу (2) дає АЧХ резонансного підсилювача.

Підставляючи в ліву частину рівності (3) значення АЧХ, відпо вующее кордоні смуги пропускання (точка А на рис. 5), а в праву частину замість расстройки величину П / 2, отримаємо формулу для смуги пропускання підсилювача

П = fp / Q.

З формули випливає, що смуга пропускання резонансного підсилю теля при заданій резонансній частоті визначається добротністю коливального контуру. На практиці добротність Q> 10. Тому резонансні підсилювачі, як правило, мають підвищену избира ності, тобто здатністю пропускати сигнали тільки поблизу резонансної частоти і не пропускати сигнали, частоти яких су нням відрізняється від частоти резонансу. ФЧХ підсилювачів під робно розглянуті в книзі [13].

Резонансні підсилювачі широко використовуються в приймачах для виділення і посилення сигналів потрібної радіостанції і придушення сигналів інших радіостанцій. Для підвищення вибірковості у високоякісних резонансних підсилювачах замість найпростішого паралельного коливального контуру використовуються складні поло сові фільтри, що містять кілька коливальних контурів.

33. Зворотній зв*язок у підсилювачів. Коефіцієнт підсилення.

Зворотним зв’язком називають дію вхідного сигналу на вихідний сигнал підсилювача, при якому частина енергії підсиленого сигналу з виходу підсилювача подається на його вхід. Зворотні зв’язки створюють спеціально.

Зворотний зв'язок може бути корисним, якщо він виникає в результаті застосування спеціальних схем для покрахення властивостей підсилювача, або паразитним, якщо він виникає самочинно.

На рис. 1. Показано різні способи відімкнення кола зворотного з зв’язку до вхідного і вихідного кіл підсилювача.

Елемент схеми позначений буквою β ,є елементом зворотного зв’язку , завдяки якому частина напруги з виходу підсилювача попадає знову на його вхід . Якщо коло зворотного зв’язку під’єднується до виходу підсилювача,паралельно його навантаженню ,то напруга зворотного зв’язку ,буде прямо пропорційною напрузі на виході ; такий зв’язок називається зворотнім зв’язком за напругою (рис.1. а). Якщо коло зворотного зв’язку підімкнено до виходу підсилювача послідовно з його навантаженням , то напруга прямо пропорційною струму в навантаженні ;такий зворотній зв’язок називається зворотнім за струмом ./рис.1, б/. Можлива комбінація цих способів відімкнення кола зворотного зв’язку до виходу ,при якій напруга складається з двох складових ,пропорційних вихідні напрузі і струму ; такий зворотній зв’язок називається змішаним . Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до виходу підсилювача послідовно з джерелом вхідного сигналу ,то зворотній зв’язок називається послідовним (рис.1, а). Якщо коло зворотного зв’язку підмикається до входу паралельно джерелу сигналу ,то зворотній зв’язок називається паралельним /рис.1 б/. Зворотній зв’язок може бути позитивний або негативним . Позитивний зворотній зв’язок виникає тоді коли напруга зворотного зв’язку збігається за фазою з вхідною напругою Uвх . Негативним зворотним зв’язком називається такий зв’язок між виходом і входом підсилювача ,коли напруга зворотного Uβ протилежна за фазою вхідній напрузі Uвх ,тобто ці напруги зсунуті між собою за фазою на 1800. Найпоширенішими у підсилювачах є послідовний негативний зворотній зв’язок за напругою .

У першому випадку ( >0) зворотний зв'язок називається позитивним. При <0 зворотний зв'язок називається негативним. Позитивний зворотний зв'язок підвищує коефіцієнт підсилення одночасно зменшується стабільність підсилювача та підвищується рівень нелінійних спотворень. Тому позитивний зворотний зв'язок у підсилювачах майже

не застосовується.

У загальному випадку сигнал на виході підсилювача:

де верхній знак береться при позитивному, а нижній при негативному зворотному зв'язку. Якщо (1) поділити на та використати введені коефіцієнти, можна отримати:

34 Підсилювачі низької частоти. До підсилювачів низької частоти відносяться підсилювачі звукових частот, які підсилюють електричні коливання в смузі частот, які сприймаються людським вухом ( Df = 20Гц ¸ 20кГц ). Підсилювачі низьких частот призначені переважно для підсилення і перетворення первинних коливань давачів.

Каскад попереднього посилення призначений для посилення струму або напруги сигналу, створюваного джерелом сигналу, до величини, необхідної для подачі на вхід каскаду потужного посилення. В залежності від умов роботи каскади попереднього підсилення різноманітні по використанню в них типів підсилюючих елементів, способів їх включення, схем каскадів і пр. Для зменшення числа каскадів попереднього підсилення в них використовують підсилювальні елементи з високим коефіцієнтом посилення (транзистори з великим коефіцієнтом передачі струму h _21е). Спосіб їхнього включення, режим роботи, положення точки спокою на характеристиках підсилювального елемента, електричні дані схеми межкаскадной зв'язку вибирають таким чином, щоб отримати від каскаду найбільше посилення при допустимих частотних або перехідних спотвореннях і можливо менше споживання потужності від джерел живлення.Специфічною особливістю каскаду попереднього підсилення є неповне використання характеристик підсилювального елемента через малої амплітуди вхідного сигналу, внаслідок чого параметри підсилювального елемента за період сигналу змінюються незначно. Ось чому коефіцієнти підсилення, струму і напруги таких каскадів зазвичай визначаються аналітично, без побудови динамічних характеристик змінного струму, використовуючи малосигнальні параметри підсилювальних елементів, знайдені для точки спокою (або взяті з довідника, якщо використовується зазначений у довіднику типовий режим).
У каскадах попереднього посилення для зменшення нелінійних спотворень і підвищення стабільності показників підсилювача майже завжди використовують режим А; з енергетичної точки зору це не викликає труднощів, так як споживання потужності харчування каскадами попереднього посилення невелике. Через малої амплітуди сигналу і роботи в режимі А що вносяться каскадами попереднього посилення нелінійні спотворення незначні, і розрахунок коефіцієнта гармонік таких каскадів зазвичай не виробляють. Якщо напруга сигналу на вході каскаду попереднього підсилення велике (і перевищує кілька десятих вольта), то розрахунок коефіцієнта гармонік k _r проводять так само, як для каскаду потужного посилення. Транзистори в каскадах попереднього посилення зазвичай включають з загальним емітером (витоком); включення транзистора із загальним колектором (стоком) використовується лише в особливих випадках для вхідних або вихідних каскадів підсилювача, коли ці каскади повинні мати спеціальні властивості. Включення транзистора із загальною базою (затвором) доцільно лише для вхідних каскадів, що працюють від джерела сигналу з дуже низьким внутрішнім опором (близько вхідного опору транзистора при такому включенні); в цьому випадку наскрізний коефіцієнт посилення каскаду може виявитися не нижче, ніж при включенні з загальним емітером (витоком), а багато показників каскаду покращаться. Напруга джерела живлення кінцевого (вихідного) каскаду підсилювача зазвичай виявляється цілком достатнім і для харчування всіх каскадів попереднього посилення з урахуванням включення в ланцюг живлення розв'язують і згладжуючих фільтрів. Для скорочення витрати енергії харчування в каскадах попереднього посилення застосовують малопотужні підсилювальні елементи. У транзисторних каскадах попереднього посилення як звукової частоти, так і широкосмугових немає необхідності будувати навантажувальні прямі постійного струму для вибору точки спокою; струм спокою вихідний ланцюга транзисторів вибирають можливо малий, лише забезпечує необхідну для подачі на наступний каскад амплітуду струму сигналу та задовільні підсилювальні властивості використовуваного транзистора .

Поиск по сайту: