Abgestimmte Verstärker
Die bisher diskutierten Verstärkertypen können bei Radiofrequenzen nicht effektiv funktionieren, obwohl sie bei Audiofrequenzen gut sind. Die Verstärkung dieser Verstärker ist auch so, dass sie über einen weiten Bereich nicht entsprechend der Frequenz des Signals variiert. Dies ermöglicht die Verstärkung des Signals über einen Frequenzbereich gleich gut und ermöglicht nicht die Auswahl einer bestimmten gewünschten Frequenz, während die anderen Frequenzen zurückgewiesen werden.
Es besteht also ein Bedarf an einer Schaltung, die sowohl auswählen als auch verstärken kann. So macht eine Verstärkerschaltung zusammen mit einer Auswahl, wie beispielsweise einer abgestimmten Schaltung, eineTuned amplifier.
Was ist ein abgestimmter Verstärker?
Abgestimmte Verstärker sind die Verstärker, die zum Zweck von eingesetzt werden tuning. Tuning bedeutet Auswahl. Unter einer Reihe verfügbarer Frequenzen wird ein solcher Prozess aufgerufen, wenn eine bestimmte Frequenz ausgewählt werden muss, während alle anderen Frequenzen zurückgewiesen werdenSelection. Diese Auswahl erfolgt unter Verwendung einer Schaltung mit der BezeichnungTuned circuit.
Wenn die Last einer Verstärkerschaltung durch eine abgestimmte Schaltung ersetzt wird, kann ein solcher Verstärker als a bezeichnet werden Tuned amplifier circuit. Die grundlegende abgestimmte Verstärkerschaltung sieht wie unten gezeigt aus.
Die Tuner-Schaltung ist nichts anderes als eine LC-Schaltung, die auch als bezeichnet wird resonant oder tank circuit. Es wählt die Frequenz. Ein abgestimmter Schaltkreis kann ein Signal über ein schmales Frequenzband verstärken, das bei der Resonanzfrequenz zentriert ist.
Wenn die Reaktanz des Induktors die Reaktanz des Kondensators im abgestimmten Schaltkreis bei einer bestimmten Frequenz ausgleicht, kann eine solche Frequenz als bezeichnet werden resonant frequency. Es wird mit bezeichnetfr.
Die Formel für Resonanz lautet
$$ 2 \ pi f_L = \ frac {1} {2 \ pi f_c} $$
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
Arten von abgestimmten Schaltkreisen
Ein abgestimmter Schaltkreis kann je nach Art seiner Verbindung mit dem Hauptstromkreis ein Serienabstimmkreis (Serienresonanzkreis) oder ein Parallelabstimmkreis (Parallelresonanzkreis) sein.
Serienabstimmkreis
Die Induktivität und der Kondensator, die in Reihe geschaltet sind, bilden eine in Reihe abgestimmte Schaltung, wie im folgenden Schaltplan gezeigt.
Bei Resonanzfrequenz bietet ein Serienresonanzkreis eine niedrige Impedanz, die einen hohen Strom durch ihn ermöglicht. Ein Serienresonanzkreis bietet eine zunehmend hohe Impedanz für die Frequenzen, die weit von der Resonanzfrequenz entfernt sind.
Parallele abgestimmte Schaltung
Die Induktivität und der Kondensator, die parallel geschaltet sind, bilden einen parallel abgestimmten Schaltkreis, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.
Bei Resonanzfrequenz bietet ein Parallelresonanzkreis eine hohe Impedanz, die keinen hohen Strom durchlässt. Ein paralleler Resonanzkreis bietet eine zunehmend niedrige Impedanz für die Frequenzen, die weit von der Resonanzfrequenz entfernt sind.
Eigenschaften einer parallel abgestimmten Schaltung
Die Frequenz, bei der Parallelresonanz auftritt (dh die reaktive Komponente des Stromkreises wird Null), wird als Resonanzfrequenz bezeichnet fr. Die Hauptmerkmale eines abgestimmten Schaltkreises sind wie folgt.
Impedanz
Das Verhältnis der Versorgungsspannung zum Netzstrom ist die Impedanz des Schwingkreises. Die von der LC-Schaltung angebotene Impedanz ist gegeben durch
$$ \ frac {Versorgung \: Spannung} {Leitungsgleichung} = \ frac {V} {I} $$
Bei Resonanz steigt der Netzstrom an, während die Impedanz abnimmt.
Die folgende Abbildung zeigt die Impedanzkurve eines Parallelresonanzkreises.
Die Impedanz der Schaltung nimmt für die Werte oberhalb und unterhalb der Resonanzfrequenz ab fr. Somit ist die Auswahl einer bestimmten Frequenz und die Unterdrückung anderer Frequenzen möglich.
Um eine Gleichung für die Schaltungsimpedanz zu erhalten, betrachten wir
Leitungsstrom $ I = I_L cos \ phi $
$$ \ frac {V} {Z_r} = \ frac {V} {Z_L} \ times \ frac {R} {Z_L} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {Z_L ^ 2} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {L / C} = \ frac {CR} {L} $$
Da ist $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $
Daher wird die Schaltungsimpedanz Z r erhalten als
$$ Z_R = \ frac {L} {CR} $$
Somit ist bei Parallelresonanz die Schaltungsimpedanz gleich L / CR.
Stromkreis
Bei Parallelresonanz ist der Schaltungs- oder Leitungsstrom I gegeben durch die angelegte Spannung geteilt durch die Schaltungsimpedanz Z r, dh
Leitungsstrom $ I = \ frac {V} {Z_r} $
Wobei $ Z_r = \ frac {L} {CR} $
Da Z r sehr hoch ist, ist der Leitungsstrom I sehr klein.
Qualitätsfaktor
Bei einem Parallelresonanzkreis bestimmt die Schärfe der Resonanzkurve die Selektivität. Je kleiner der Widerstand der Spule ist, desto schärfer ist die Resonanzkurve. Daher bestimmen die induktive Reaktanz und der Widerstand der Spule die Qualität des abgestimmten Schaltkreises.
Das Verhältnis der induktiven Reaktanz der Spule bei Resonanz zu ihrem Widerstand ist bekannt als Quality factor. Es wird mit bezeichnetQ.
$$ Q = \ frac {X_L} {R} = \ frac {2 \ pi f_r L} {R} $$
Je höher der Wert von Q ist, desto schärfer ist die Resonanzkurve und desto besser ist die Selektivität.
Vorteile von abgestimmten Verstärkern
Das Folgende sind die Vorteile von abgestimmten Verstärkern.
Die Verwendung von reaktiven Komponenten wie L und C minimiert den Leistungsverlust, wodurch die abgestimmten Verstärker effizient werden.
Die Selektivität und Verstärkung der gewünschten Frequenz ist hoch, indem bei Resonanzfrequenz eine höhere Impedanz bereitgestellt wird.
Eine kleinere Kollektorversorgung VCC würde aufgrund ihres geringen Widerstands im parallel abgestimmten Schaltkreis ausreichen.
Es ist wichtig zu beachten, dass diese Vorteile bei einer hochohmigen Kollektorlast nicht anwendbar sind.
Frequenzgang des abgestimmten Verstärkers
Damit ein Verstärker effizient ist, sollte seine Verstärkung hoch sein. Diese Spannungsverstärkung hängt von β, der Eingangsimpedanz und der Kollektorlast ab. Die Kollektorlast in einem abgestimmten Verstärker ist eine abgestimmte Schaltung.
Die Spannungsverstärkung eines solchen Verstärkers ist gegeben durch
Spannungsverstärkung = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $
Wobei Z C = effektive Kollektorlast und Z in = Eingangsimpedanz des Verstärkers.
Der Wert von Z C hängt von der Frequenz des abgestimmten Verstärkers ab. Da Z C bei Resonanzfrequenz maximal ist, ist die Verstärkung des Verstärkers bei dieser Resonanzfrequenz maximal.
Bandbreite
Der Frequenzbereich, bei dem die Spannungsverstärkung des abgestimmten Verstärkers auf 70,7% der maximalen Verstärkung abfällt, wird als its bezeichnet Bandwidth.
Der Frequenzbereich zwischen f 1 und f 2 wird als Bandbreite des abgestimmten Verstärkers bezeichnet. Die Bandbreite eines abgestimmten Verstärkers hängt von der Güte der LC-Schaltung ab, dh von der Schärfe des Frequenzgangs. Der Wert von Q und die Bandbreite sind umgekehrt proportional.
Die folgende Abbildung zeigt die Bandbreite und den Frequenzgang des abgestimmten Verstärkers.
Beziehung zwischen Q und Bandbreite
Der Qualitätsfaktor Q der Bandbreite ist definiert als das Verhältnis von Resonanzfrequenz zu Bandbreite, dh
$$ Q = \ frac {f_r} {BW} $$
Im Allgemeinen hat eine praktische Schaltung einen Q-Wert von mehr als 10.
Unter dieser Bedingung ist die Resonanzfrequenz bei Parallelresonanz gegeben durch
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$