Настроенные усилители

Типы усилителей, которые мы обсуждали до сих пор, не могут эффективно работать на радиочастотах, даже если они хороши на звуковых частотах. Кроме того, коэффициент усиления этих усилителей таков, что он не будет изменяться в зависимости от частоты сигнала в широком диапазоне. Это позволяет одинаково хорошо усиливать сигнал в широком диапазоне частот и не позволяет выбирать конкретную желаемую частоту, отклоняя другие частоты.

Таким образом, возникает потребность в схеме, которая может как выбирать, так и усиливать. Таким образом, схема усилителя вместе с выбором, например настроенной схемой, составляетTuned amplifier.

Что такое настроенный усилитель?

Настроенные усилители - это усилители, которые используются для tuning. Тюнинг означает выбор. Среди набора доступных частот, если возникает необходимость выбрать определенную частоту, отклоняя все другие частоты, такой процесс называетсяSelection. Этот выбор осуществляется с помощью схемы, называемойTuned circuit.

Когда в схеме усилителя нагрузка заменена настроенной схемой, такой усилитель можно назвать Tuned amplifier circuit. Базовая схема настроенного усилителя выглядит так, как показано ниже.

Схема тюнера - это не что иное, как схема LC, которую также называют resonant или tank circuit. Он выбирает частоту. Настроенная схема способна усиливать сигнал в узкой полосе частот, центрированных на резонансной частоте.

Когда реактивное сопротивление катушки индуктивности уравновешивает реактивное сопротивление конденсатора в настроенной цепи на некоторой частоте, такую частоту можно назвать resonant frequency. Обозначается онf_r.

Формула резонанса:

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

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

Типы настроенных схем

Настроенный контур может быть последовательным настроенным контуром (последовательный резонансный контур) или параллельным настроенным контуром (параллельный резонансный контур) в зависимости от типа его подключения к главной цепи.

Последовательная настроенная схема

Катушка индуктивности и конденсатор, соединенные последовательно, образуют последовательно настроенную цепь, как показано на следующей принципиальной схеме.

На резонансной частоте последовательный резонансный контур обеспечивает низкий импеданс, который пропускает через него большой ток. Последовательный резонансный контур обеспечивает все более высокое сопротивление на частотах, далеких от резонансной частоты.

Параллельно настроенная схема

Катушка индуктивности и конденсатор, соединенные параллельно, образуют параллельную настроенную цепь, как показано на рисунке ниже.

На резонансной частоте параллельный резонансный контур обеспечивает высокий импеданс, который не пропускает через него большой ток. Параллельный резонансный контур обеспечивает все более низкий импеданс на частотах, далеких от резонансной частоты.

Характеристики параллельной настраиваемой схемы

Частота, при которой возникает параллельный резонанс (т.е. реактивная составляющая тока цепи становится равной нулю), называется резонансной частотой. f_r. Основные характеристики настроенной схемы следующие.

Импеданс

Отношение напряжения питания к линейному току - это полное сопротивление настроенной цепи. Импеданс цепи LC определяется выражением

$$ \ frac {Supply \: Voltage} {Линейное уравнение} = \ frac {V} {I} $$

При резонансе линейный ток увеличивается, а импеданс уменьшается.

На рисунке ниже представлена кривая импеданса параллельного резонансного контура.

Импеданс контура уменьшается для значений выше и ниже резонансной частоты. f_r. Следовательно, возможен выбор определенной частоты и отказ от других частот.

Чтобы получить уравнение для полного сопротивления цепи, рассмотрим

Линейный ток $ I = I_L cos \ phi $

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

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

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

Поскольку $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $

Следовательно, полное сопротивление цепи Z _r получается как

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

Таким образом, при параллельном резонансе полное сопротивление цепи равно L / CR.

Ток цепи

При параллельном резонансе ток цепи или линии I определяется как приложенное напряжение, деленное на полное сопротивление цепи Z _r, т. Е.

Линейный ток $ I = \ frac {V} {Z_r} $

Где $ Z_r = \ frac {L} {CR} $

Поскольку Z _r очень велико, линейный ток I будет очень маленьким.

Фактор качества

Для параллельного резонансного контура резкость резонансной кривой определяет избирательность. Чем меньше сопротивление катушки, тем резче будет резонансная кривая. Следовательно, индуктивное реактивное сопротивление и сопротивление катушки определяют качество настроенной схемы.

Отношение индуктивного реактивного сопротивления катушки в резонансе к ее сопротивлению известно как Quality factor. Обозначается онQ.

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

Чем выше значение Q, тем резче кривая резонанса и тем выше будет селективность.

Преимущества настроенных усилителей

Ниже приведены преимущества настроенных усилителей.

Использование реактивных компонентов, таких как L и C, сводит к минимуму потери мощности, что делает настроенные усилители эффективными.
Селективность и усиление желаемой частоты высоки за счет более высокого импеданса на резонансной частоте.
Подойдет и меньший по размеру источник питания коллектора VCC из-за его небольшого сопротивления в параллельно настроенной цепи.

Важно помнить, что эти преимущества не применимы при высокой резистивной нагрузке коллектора.

Частотная характеристика настроенного усилителя

Чтобы усилитель был эффективным, его коэффициент усиления должен быть высоким. Это усиление напряжения зависит от β, входного импеданса и нагрузки коллектора. Коллекторная нагрузка в настроенном усилителе представляет собой настроенную цепь.

Коэффициент усиления по напряжению такого усилителя определяется выражением

Коэффициент усиления напряжения = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $

Где Z _C = эффективная нагрузка коллектора, а Z _in = входное сопротивление усилителя.

Значение Z _C зависит от частоты настроенного усилителя. Поскольку Z _C максимален на резонансной частоте, коэффициент усиления усилителя максимален на этой резонансной частоте.

Пропускная способность

Диапазон частот, при котором коэффициент усиления по напряжению настроенного усилителя падает до 70,7% от максимального усиления, называется его диапазоном. Bandwidth.

Диапазон частот между f ₁ и f ₂ называется полосой пропускания настроенного усилителя. Полоса пропускания настроенного усилителя зависит от добротности LC-цепи, т. Е. От резкости частотной характеристики. Значение Q и ширина полосы обратно пропорциональны.

На рисунке ниже показаны полоса пропускания и частотная характеристика настроенного усилителя.