Узкополосные (резонансные) усилители

Резонансные усилители (РУ) предназначены для усиления сигналов в узкой частотной области. Главной отличительной особенностью РУ является их избирательность, т.е. усиление одного “полезного” сигнала и в тоже время максимальное ослабление остальных “мешающих” сигналов. Дополнительное свойство РУ – высокая чувствительность за счет уменьшение собственных шумов.

Схемы узкополосных усилителей приведены на рис. 5.13. Избирательность достигается применением в качестве коллекторной нагрузки параллельного колебательного контура (рис. 5.13 (а)). При работе РУ в линейном режиме коэффициент усиления будет равен:

(5.14),

где Q, r и w _о – добротность, характеристическое сопротивление и резонансная частота контура, D w - сдвиг частоты от резонанса, S – крутизна характеристика транзистора.

Рис.5.13. Резонансный усилитель:

(а) с параллельным колебательным контуром в цепи коллектора, (б) с системой связанных контуров в цепи коллектора.

Полоса пропускания ближе к прямоугольной (полосовой) форме будет в системе связанных контуров, используемого в полосовых усилителях (рис. 5.13 (б)).

Резонансный характер коллекторной нагрузки позволяет использовать транзистор в нелинейном режиме, обеспечивая уменьшение шумов и увеличение коэффициента полезного действия. С помощью R _э C _э эмиттерной цепи рабочая точка может сдвигаться даже в область отсечки (начала) характеристики. Формула (5.14) сохраняет свой вид, если вместо крутизны характеристики транзистора S взять среднюю крутизну для первой гармоники:

(5.15),

где q - угол отсечки, определяемый из соотношения

(5.16).

Здесь U _H – начало прямолинейного участка кусочно-линейной аппроксимации ВАХ транзистора, U _о – рабочая точка, U _вх – амплитуда входного гармонического сигнала.

При низких частотах f <1 кГц получить узкую частотную характеристику с помощью колебательного контура сложно. В этих случаях используют частотно-зависимую ОС, например, схему с двойным T-образным мостом (рис. 5.14). Коэффициент передачи ОС такого усилителя будет

(5.17).

На частоте w _о =1/ RC ООС отсутствует и коэффициент усиления максимален, а при

wRC >>1 и wRC <<1 коэффициент передачи ОС b стремиться к единице, коэффициент усиления РУ к нулю.

Рис.5.14. Резонансный усилитель с частотно-зависимой ОС.

На высоких частотах f >10 МГц применение связанных контуров также затруднено.

Иногда в качестве полосовых фильтров используют монолитный пьезокерамические резонаторы (ПЭР) с акустической связью (рис. 5.15).

Рис.5.15. Полосовой усилитель на полевом транзисторе с пьезокерамическим резонатором с акустической связью.

ПЭР с акустической связью позволяют получить большое затухание сигнала вне полосы пропускания, так как сигнал может распространяться от одного резонатора к другому акустически без электрической связи только на резонансной частоте резонаторов.