Wzmacniacze dostrojone

Typy wzmacniaczy, które do tej pory omawialiśmy, nie mogą skutecznie działać na częstotliwościach radiowych, mimo że dobrze radzą sobie z częstotliwościami audio. Ponadto wzmocnienie tych wzmacniaczy jest takie, że nie będzie się zmieniać w zależności od częstotliwości sygnału w szerokim zakresie. Pozwala to na równie dobre wzmocnienie sygnału w całym zakresie częstotliwości i nie pozwala na wybór określonej pożądanej częstotliwości, odrzucając inne częstotliwości.

Tak więc istnieje zapotrzebowanie na obwód, który może zarówno wybierać, jak i wzmacniać. Tak więc obwód wzmacniacza wraz z wyborem, takim jak obwód strojony, tworzyTuned amplifier.

Co to jest wzmacniacz dostrojony?

Wzmacniacze dostrojone to wzmacniacze, które są wykorzystywane do tego celu tuning. Strojenie oznacza wybieranie. Spośród zestawu dostępnych częstotliwości, jeśli zachodzi potrzeba wybrania określonej częstotliwości, odrzucając wszystkie inne, taki proces nazywa sięSelection. Wyboru dokonuje się za pomocą obwodu o nazwie asTuned circuit.

Kiedy obwód wzmacniacza ma zastąpione obciążenie obwodem dostrojonym, taki wzmacniacz można nazwać Tuned amplifier circuit. Podstawowy obwód wzmacniacza strojonego wygląda jak pokazano poniżej.

Obwód tunera to nic innego jak obwód LC, który jest również nazywany jako resonant lub tank circuit. Wybiera częstotliwość. Obwód strojony może wzmacniać sygnał w wąskim paśmie częstotliwości wyśrodkowanych na częstotliwości rezonansowej.

Kiedy reaktancja cewki indukcyjnej równoważy reaktancję kondensatora, w strojonym obwodzie przy pewnej częstotliwości, taką częstotliwość można nazwać resonant frequency. Jest oznaczonyf_r.

Wzór na rezonans to

$$ 2 \ pi f_L = \ frac {1} {2 \ pi f_c} $$

$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$

Rodzaje obwodów strojonych

Obwód strojony może być obwodem strojonym szeregowo (obwód rezonansowy szeregowy) lub obwodem strojonym równolegle (obwód rezonansowy równoległy) w zależności od typu jego połączenia z obwodem głównym.

Obwód strojony szeregowo

Cewka indukcyjna i kondensator połączone szeregowo tworzą szeregowo dostrojony obwód, jak pokazano na poniższym schemacie obwodu.

Przy częstotliwości rezonansowej szeregowy obwód rezonansowy oferuje niską impedancję, która przepuszcza przez niego duży prąd. Szeregowy obwód rezonansowy oferuje coraz wyższą impedancję dla częstotliwości dalekich od częstotliwości rezonansowej.

Obwód strojony równolegle

Cewka indukcyjna i kondensator połączone równolegle tworzą równoległy obwód dostrojony, jak pokazano na poniższym rysunku.

Przy częstotliwości rezonansowej równoległy obwód rezonansowy oferuje wysoką impedancję, która nie przepuszcza przez niego wysokiego prądu. Równoległy obwód rezonansowy oferuje coraz niższą impedancję dla częstotliwości dalekich od częstotliwości rezonansowej.

Charakterystyka obwodu strojonego równolegle

Częstotliwość, przy której występuje rezonans równoległy (tj. Składowa bierna prądu w obwodzie staje się zerowa), nazywana jest częstotliwością rezonansową f_r. Główne cechy strojonego obwodu są następujące.

Impedancja

Stosunek napięcia zasilania do prądu linii to impedancja strojonego obwodu. Impedancję oferowaną przez obwód LC podaje

$$ \ frac {Supply \: voltage} {Line equation} = \ frac {V} {I} $$

Przy rezonansie prąd linii rośnie, a impedancja maleje.

Poniższy rysunek przedstawia krzywą impedancji równoległego obwodu rezonansowego.

Impedancja obwodu maleje przy wartościach powyżej i poniżej częstotliwości rezonansowej f_r. W związku z tym możliwy jest wybór określonej częstotliwości i odrzucenie innych częstotliwości.

Aby otrzymać równanie impedancji obwodu, rozważmy

Prąd liniowy $ I = I_L cos \ phi $

$$ \ frac {V} {Z_r} = \ frac {V} {Z_L} \ times \ frac {R} {Z_L} $$

$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {Z_L ^ 2} $$

$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {L / C} = \ frac {CR} {L} $$

Ponieważ $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $

Dlatego impedancję obwodu Z _r uzyskuje się jako

$$ Z_R = \ frac {L} {CR} $$

Zatem przy równoległym rezonansie impedancja obwodu jest równa L / CR.

Prąd obwodu

W rezonansie równoległym prąd obwodu lub linii I jest określony przez przyłożone napięcie podzielone przez impedancję obwodu Z _r, tj.

Bieżący wiersz $ I = \ frac {V} {Z_r} $

Gdzie $ Z_r = \ frac {L} {CR} $

Ponieważ Z _r jest bardzo duże, prąd linii I będzie bardzo mały.

Współczynnik jakości

W przypadku równoległego obwodu rezonansowego, ostrość krzywej rezonansowej determinuje selektywność. Im mniejszy opór cewki, tym ostrzejsza będzie krzywa rezonansowa. Stąd reaktancja indukcyjna i rezystancja cewki decydują o jakości strojonego obwodu.

Stosunek reaktancji indukcyjnej cewki w rezonansie do jej rezystancji jest znany jako Quality factor. Jest oznaczonyQ.

$$ Q = \ frac {X_L} {R} = \ frac {2 \ pi f_r L} {R} $$

Im wyższa wartość Q, tym ostrzejsza krzywa rezonansowa i lepsza selektywność.

Zalety wzmacniaczy dostrojonych

Oto zalety strojonych wzmacniaczy.

Użycie komponentów reaktywnych, takich jak L i C, minimalizuje straty mocy, co sprawia, że dostrojone wzmacniacze są wydajne.
Selektywność i wzmocnienie żądanej częstotliwości są wysokie dzięki zapewnieniu wyższej impedancji przy częstotliwości rezonansowej.
Mniejszy zasilacz VCC byłby odpowiedni ze względu na jego małą rezystancję w równoległym obwodzie dostrojonym.

Należy pamiętać, że te zalety nie mają zastosowania w przypadku dużego obciążenia rezystancyjnego kolektora.

Odpowiedź częstotliwościowa dostrojonego wzmacniacza

Aby wzmacniacz był wydajny, jego wzmocnienie powinno być wysokie. To wzmocnienie napięcia zależy od β, impedancji wejściowej i obciążenia kolektora. Obciążenie kolektora w strojonym wzmacniaczu jest obwodem strojonym.

Wzmocnienie napięcia takiego wzmacniacza jest podane przez

Wzmocnienie napięcia = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $

Gdzie Z _C = efektywne obciążenie kolektora, a Z _in = impedancja wejściowa wzmacniacza.

Wartość Z _C zależy od częstotliwości strojonego wzmacniacza. Ponieważ Z _C jest maksymalne przy częstotliwości rezonansowej, wzmocnienie wzmacniacza jest maksymalne przy tej częstotliwości rezonansowej.

Pasmo

Zakres częstotliwości, przy których wzmocnienie napięcia dostrojonego wzmacniacza spada do 70,7% maksymalnego wzmocnienia, nazywa się jego Bandwidth.

Zakres częstotliwości pomiędzy f ₁ a f ₂ nazywany jest szerokością pasma dostrojonego wzmacniacza. Szerokość pasma strojonego wzmacniacza zależy od Q obwodu LC, tj. Od ostrości odpowiedzi częstotliwościowej. Wartość Q i szerokość pasma są odwrotnie proporcjonalne.

Poniższy rysunek przedstawia szerokość pasma i odpowiedź częstotliwościową dostrojonego wzmacniacza.