Обсуждаемые нами типы усилителей не могут эффективно работать на радиочастотах, даже если они хороши на звуковых частотах. Кроме того, усиление этих усилителей таково, что оно не будет изменяться в зависимости от частоты сигнала в широком диапазоне. Это позволяет одинаково хорошо усиливать сигнал в диапазоне частот и не позволяет выбирать конкретную желаемую частоту при отклонении других частот.
Таким образом, возникает необходимость в схеме, которая может выбирать, а также усиливать. Таким образом, схема усилителя вместе с выбором, например, настроенная схема, создает настроенный усилитель .
Что такое настроенный усилитель?
Настроенные усилители — это усилители, которые используются для настройки . Тюнинг означает выбор. Среди набора доступных частот, если возникает необходимость выбрать конкретную частоту, при отклонении всех других частот такой процесс называется « Выбор» . Этот выбор осуществляется с помощью схемы, называемой настроенной схемой .
Когда в цепи усилителя нагрузка заменяется настроенной схемой, такой усилитель можно назвать настроенной схемой усилителя . Основная настроенная схема усилителя выглядит так, как показано ниже.
Цепь тюнера — это не что иное, как цепь LC, которая также называется резонансной или емкостной цепью . Он выбирает частоту. Настроенная схема способна усиливать сигнал в узкой полосе частот, центрированных на резонансной частоте.
Когда реактивное сопротивление индуктора уравновешивает реактивное сопротивление конденсатора в настроенной цепи на некоторой частоте, такую частоту можно назвать резонансной частотой . Обозначается через f r .
Формула для резонанса
$$ 2 \ pi f_L = \ frac {1} {2 \ pi f_c} $$
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
Типы настроенных цепей
Конфигурируемая цепь может быть последовательно настроенной (последовательная резонансная схема) или параллельно настроенной (параллельная резонансная схема) в зависимости от типа ее подключения к главной цепи.
Серия настроенная цепь
Индуктор и конденсатор, соединенные последовательно, образуют последовательно настроенную цепь, как показано на следующей принципиальной схеме.
На резонансной частоте последовательный резонансный контур имеет низкий импеданс, который пропускает через него большой ток. Последовательный резонансный контур предлагает все более высокий импеданс частотам, далеким от резонансной частоты.
Параллельно настроенная цепь
Индуктор и конденсатор, соединенные параллельно, образуют параллельно 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 предлагает все более низкий импеданс частотам, далеким от резонансной частоты.
Характеристики параллельно настроенной цепи
Частота, на которой возникает параллельный резонанс (т.е. реактивная составляющая тока цепи становится равной нулю), называется резонансной частотой f r . Основные характеристики настроенной схемы следующие.
полное сопротивление
Отношение напряжения питания к току линии является сопротивлением настроенной цепи. Импеданс, предлагаемый цепью LC, дается
$$ \ frac {Питание \: напряжение} {Линейное уравнение} = \ frac {V} {I} $$
При резонансе ток в линии увеличивается, а импеданс уменьшается.
На рисунке ниже представлена кривая импеданса параллельного резонансного контура.
Полное сопротивление цепи уменьшается для значений выше и ниже резонансной частоты f r . Следовательно, возможен выбор определенной частоты и отклонение других частот.
Чтобы получить уравнение для полного сопротивления цепи, рассмотрим
Ток в линии $ I = I_L cos \ phi $
$$ \ frac {V} {Z_r} = \ frac {V} {Z_L} \ times \ frac {R} {Z_L} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {Z_L ^ 2} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {L / C} = \ frac {CR} {L} $$
Так как $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $
Следовательно, 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 I цепи или линии определяется приложенным напряжением, деленным на полное сопротивление цепи Z r, т.е.
Ток в линии $ I = \ frac {V} {Z_r} $
Где $ Z_r = \ frac {L} {CR} $
Поскольку Z r очень велико, то линейный ток у меня будет очень маленьким.
Фактор качества
Для параллельного резонансного контура резкость резонансной кривой определяет селективность. Чем меньше сопротивление катушки, тем острее будет резонансная кривая. Следовательно, индуктивное сопротивление и сопротивление катушки определяют качество настроенной цепи.
Отношение индуктивного сопротивления катушки при резонансе к ее сопротивлению известно как добротность . Обозначается Q.
$$ Q = \ frac {X_L} {R} = \ frac {2 \ pi f_r L} {R} $$
Чем выше значение Q, тем острее резонансная кривая и тем лучше будет селективность.
Преимущества настроенных усилителей
Ниже приведены преимущества настроенных усилителей.
-
Использование реактивных компонентов, таких как L и C, минимизирует потери мощности, что делает настроенные усилители эффективными.
-
Селективность и усиление желаемой частоты высоки, обеспечивая более высокий импеданс на резонансной частоте.
-
Подойдет коллектор VCC меньшего размера из-за небольшого сопротивления в параллельно настроенной цепи.
Использование реактивных компонентов, таких как L и C, минимизирует потери мощности, что делает настроенные усилители эффективными.
Селективность и усиление желаемой частоты высоки, обеспечивая более высокий импеданс на резонансной частоте.
Подойдет коллектор VCC меньшего размера из-за небольшого сопротивления в параллельно настроенной цепи.
Важно помнить, что эти преимущества неприменимы при высокой резистивной нагрузке на коллектор.
Частотная характеристика настроенного усилителя
Чтобы усилитель работал эффективно, его коэффициент усиления должен быть высоким. Это усиление напряжения зависит от β, входного сопротивления и нагрузки на коллектор. Нагрузка коллектора в настроенном усилителе является настроенной цепью.
Коэффициент усиления такого усилителя определяется выражением
Коэффициент усиления по напряжению = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $
Где Z C = эффективная нагрузка коллектора и Z in = входное сопротивление усилителя.
Значение Z C зависит от частоты настроенного усилителя. Поскольку Z C является максимальным на резонансной частоте, усиление усилителя является максимальным на этой резонансной частоте.
Пропускная способность
Диапазон частот, в котором усиление напряжения настроенного усилителя падает до 70,7% от максимального усиления, называется его полосой пропускания .
Диапазон частот между f 1 и f 2 называется шириной полосы настроенного усилителя. Полоса пропускания настроенного усилителя зависит от добротности схемы LC, т. Е. От резкости частотной характеристики. Значение Q и ширина полосы обратно пропорциональны.
На рисунке ниже показана полоса пропускания и частотная характеристика настроенного усилителя.
Связь между Q и пропускной способностью
Коэффициент качества Q полосы пропускания определяется как отношение резонансной частоты к ширине полосы, т.е.
$$ Q = \ frac {f_r} {BW} $$
В общем, практическая схема имеет значение Q больше 10.
При этом условии резонансная частота при параллельном резонансе определяется как
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$