Электроника в вопросах и ответах - И. Хабловски

В узкополосных усилителях площадь усиления из-за стабильности усилителя не имеет решающего значения, и поэтому в них чаще применяют симметричные контуры. Наоборот, в широкополосных усилителях, для которых очень важно значение площади усиления, применяют также контуры с неодинаковыми добротностями, отличающимися одна от другой в 2–5 раз.

Только ли с помощью взаимной индуктивности М можно осуществить связь контуров в фильтре?

Нет. Связь с помощью взаимной индуктивности М является лишь одним из методов связи контуров в фильтре. Эта связь может быть заменена индуктивной или емкостной связью. На рис. 9.9 показаны схемы двухзвенных фильтров с различными типами связи.

Рис. 9.9. Различные способы связи в двухзвенных фильтрах:

а, б — индуктивная; в, г— емкостная

Свойства всех этих схем аналогичны, если их коэффициенты связи одинаковы. Очевидно, что формулы, определяющие коэффициенты связи, зависят от типа связи. Например, в схеме на рис 9,9, в коэффициент связи определяется как

x = C12/√(C1·C2)

Резисторы R1 и R2 определяют добротности контуров, соответственно первого и второго.

Выбор типа связи диктуется в первую очередь конструктивными соображениями.

Применяют ли в резонансных усилителях многозвенные фильтры?

Да. Помимо простейших двухзвенных фильтров применяют также более сложные трех- и четырехзвенные фильтры. Они позволяют получать более высокую избирательность усилителя и обеспечивают плоскую или равномерную частотную характеристику в относительно большом диапазоне частот. На рис. 9.10 показан трехзвенный фильтр с емкостной связью и четырехзвенныи фильтр с индуктивной связью. К недостаткам многозвенных фильтров следует отнести сложную настройку

Рис. 9.10. Многозвенные фильтры

а — трехзвенный фильтр с емкостной связью; б — четырехзвенный фильтр с индуктивной связью

Как изменяется ширина полосы пропускания усилителя в результате каскадного соединения отдельных ступеней?

Для получения большого коэффициента усиления часто возникает необходимость каскадного соединения резонансных ступеней. Как и в случае нерезонансных усилителей, каскадному соединению усилительных ступеней сопутствует уменьшение общей ширины полосы пропускания усилителя. Это очевидно, поскольку частотные характеристики отдельных ступеней подвергаются перемножению, и если усиление на краях полосы одного каскада составляет 0,707 максимального (что соответствует падению усиления на 3 дБ), то в случае двух одинаковых ступеней, включенных каскадно, усиление на данной частоте составит лишь 0,707·0,707 = 0,5, т. е. падению усиления до 0,707 соответствует меньшая частота.

Сужение полосы зависит от формы характеристик соединяемых каскадно ступеней. Оно различно для усилителей с одиночными резонансными контурами и усилителей с двухзвенными фильтрами. Чем больше крутизна скатов частотной характеристики, тем меньше сужение полосы при каскадном включении. Если бы можно было выполнить усилитель с идеально прямоугольной характеристикой, то при каскадном соединении ступеней сужения полосы не наблюдалось бы.

Какой усилитель называется синхронным и каковы его свойства?

Синхронным усилителем называют многокаскадный усилитель, полученный путем каскадного соединения нескольких ступеней. Все контуры в нем настроены на одну частоту. В синхронных усилителях результирующее усиление является произведением коэффициентов усиления отдельных каскадов на резонансной частоте f0, а ширина полосы подвергается уменьшению в зависимости от вида использованных контуров и числа ступеней. Так, у одиночных резонансных контуров ширина полосы двухкаскадного усилителя составляет 0,64 полосы одиночного каскада, а ширина полосы трехкаскадного усилителя составляет лишь 0,51 полосы одиночного каскада. Отсюда следует, что при заданной требуемой полной ширине полосы пропускания полоса каждого каскада должна быть соответственно больше.

Аналогично можно показать, что у двухзвенных фильтров с одинаковыми добротностями контуров и оптимальной связью ширина полосы пропускания двухкаскадного и трехкаскадного усилителей составляет соответственно 0,80 и 0,71 полосы одиночного каскада. И в этом случае при заданной требуемой полной ширине полосы пропускания ширина полосы каждого каскада должна быть большей.

Из рассмотренных свойств синхронных усилителей следует, что они могут быть применены в том случае, когда нет необходимости использовать полную площадь усиления каждого каскада. Поэтому метод синхронной настройки применяется для узкополосных усилителей.

Что такое асинхронный усилитель?

Асинхронным усилителем обычно называют многокаскадный усилитель, в котором отдельные каскады не одинаковы, как у синхронного усилителя, а отличаются друг от друга частотой настройки, а иногда и шириной полосы. Усилители, настроенные асинхронно, позволяют получить большее усиление и лучшую избирательность, чем усилители, настроенные синхронно, и, кроме того, дают возможность формирования частотной характеристики другим способом. Последнее свойство имеет большое значение для широкополосных усилителей, которые в зависимости от применения могут иметь частотные характеристики плоские, равномерно волнистые или максимально соответствующие линейной фазе.

Метод асинхронной настройки применяют в основном для широкополосных усилителей исходя из возможности получения большего усиления при заданной ширине полосы, чем при использовании метода синхронной настройки.

Как работает асинхронный усилитель?

Рассмотрим простейший асинхронный усилитель, состоящий из двух усилительных каскадов (рис. 9.11).

Рис. 9.11. Двухкаскадный асинхронный усилитель

Каждый каскад содержит резонансный контур, настроенный на разную частоту по принципу асинхронной настройки. Исходя из существования в асинхронном усилителе по крайней мере двух резонансных частот усилители этого типа называют многорезонансными усилителями или усилителями с расстроенными контурами. На рис. 9.12 представлены амплитудные характеристики отдельных каскадов и результирующая характеристика всего усилителя.

Рис. 9.12. Амплитудные характеристики асинхронного усилителя с двумя расстроенными контурами:

1, 2 — отдельных каскадов; 3 — результирующая

Каждый каскад усиливает сигнал в определенной полосе частот относительно частоты настройки резонансного контура. При соответствующем выборе ширины полос контуров результирующая характеристика имеет плоскую вершину и форму, соответствующую амплитудно-частотной характеристике одного каскада с двухзвенным фильтром с оптимальной связью.

Аналогичным образом может быть выполнен трехкаскадный усилитель. В этом случае результирующая характеристика (рис. 9.13) образуется путем суммирования характеристик трех резонансных контуров, один из которых с меньшей добротностью настроен на среднюю частоту усилителя, а два других с большей добротностью на частоты, лежащие симметрично ниже и выше этой частоты. Результирующая характеристика соответствует амплитудно-частотной характеристике одного каскада с трехзвенным фильтром.

Рис. 9.13. Амплитудные характеристики асинхронного усилителя с тремя расстроенными контурами:

1, 2, 3 — отдельных каскадов; 4 — результирующая характеристика

На основании рассмотренных случаев можно сделать вывод, что в многорезонансном усилителе для получения симметричной амплитудно-частотной характеристики отдельные каскады должны быть сгруппированы в пары с одинаковой добротностью и резонансными частотами, симметричными относительно средней частоты fэ. При нечетном числе каскадов один из них должен быть настроен на среднюю частоту f0.

В результате расстройки контуров в многокаскадном усилителе получают усилитель, полосовые свойства и форма частотной характеристики которого соответствуют каскадам с двух-, трех- и n-звенными фильтрами. Что касается усиления, то оно больше, чем усиление синхронной схемы, имеющей ту же самую ширину полосы пропускания.