選頻放大器

2017-07-07 10:43
一、工作原理與雙T電橋的頻率特性 選頻放大器,它從多種頻率的輸入信號(hào)中,選取所需的一種頻率信號(hào)加以放大下圖所示的方框圖可以構(gòu)成選頻放大電路,其中方框K是基本放大電路,方框F是選頻負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò),因此,選頻放大器實(shí)質(zhì)上是一種具有選頻作用的負(fù)反饋電路。電路的閉環(huán)益為KF=K/(1 FK)式中:K=UO/Ui是開環(huán)增益 F=UF/UO 是反饋系數(shù) 選頻放大器 選頻放大器 選頻放大器 一般用RC選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)選期,圖(b)示出反饋系數(shù)F隨頻率f的變化曲線(頻率特性),當(dāng)f=fo時(shí),則F=0。所以,對(duì)諧振頻率fo來(lái)說(shuō),放大電路不存在負(fù)反饋,故KF=K,此時(shí)放大器的輸出電壓最大。隨著頻率遠(yuǎn)離fo,F就急速地增加,相應(yīng)的KF也很快衰減至零,見上圖C因而,偏離fo點(diǎn)的其它無(wú)用頻率的輸出電壓也就很小很小了,至于KF的衰減快慢,主要是取決于反饋網(wǎng)絡(luò)的選頻特性,通常用雙T電橋的RC選頻網(wǎng)絡(luò),它在實(shí)際使用中,最常用的有兩種: 選頻放大器 等一種是非對(duì)稱雙T電橋如上圖所示,假設(shè)電源內(nèi)阻RS=0,負(fù)載RL=00,則計(jì)算公式如下:諧振角頻率ωO=1/RC-------------------------1式品質(zhì)因數(shù)Q=[1/2(1 a)]=[fo/2△fo.7]---------2式傳輸系數(shù)(反饋系數(shù))的模、幅角分別為: ---------------------3式φ =arctg1/QY式中:Y=σ-(1/σ)是廣義失諧系數(shù)σ=f/fo是相對(duì)失諧系數(shù)-----------------------4式2△fo.7主為半功點(diǎn)的帶寬由2式可見:對(duì)固定的諧振頻率fo來(lái)說(shuō),Q越大,則通頻帶越窄;反之Q越小,則通頻帶越寬,因此,Q的大小可以反應(yīng)出雙T網(wǎng)絡(luò)的選擇性好壞。這種雙T電橋的優(yōu)點(diǎn)是Q較大,但輸入阻抗低,輸出阻抗高,與放大器聯(lián)接不便,由于橋臂參數(shù)不同,選用和調(diào)節(jié)也帶來(lái)麻煩,只有選擇性要求較高,才使用非對(duì)稱雙T電路,該電路的輸入、輸出阻抗及相角變化情況請(qǐng)參看最上面的圖其中a通常選用(0.1-0.2)可得到較大的Q值。第二種是對(duì)稱雙T電路,如下圖-3所示,計(jì)算公式如下: 諧振頻率:ω0= 品質(zhì)因數(shù):Q= 顯然,Q與n有關(guān),當(dāng)n=1時(shí),則Qmax=0.25,但調(diào)節(jié)不便,為了調(diào)節(jié)方便,經(jīng)常選用n=0.5,相應(yīng)于三只電阻數(shù)值相等;或選用n=2,相應(yīng)于三只電容數(shù)值相等,由于對(duì)稱雙T電橋,在選擇元件和調(diào)整上都比較方便,故得到廣泛的應(yīng)用,傳輸特性不對(duì)稱性的校正方法:實(shí)際使用中,由于RS≠O和RL≠OO而且有時(shí)雙T網(wǎng)絡(luò)與放大器使用交流耦合,例圖4(A)的情況,信號(hào)源(ES及RS)經(jīng)CS與雙T耦合,由于頻率為零時(shí),容抗1/ωCS為無(wú)限大,所以F=O;而當(dāng)頻率很高時(shí),則CS、C2、C3容抗很小,此時(shí)F近似為RL/(RL RS);由于ZS、RL不影響諧振頻率,仍然在f=fo時(shí),F(xiàn)=0;因此,F(xiàn)隨頻率變化的曲線如圖4(B)示,由圖可見,傳輸特性是不對(duì)稱的 選頻放大器 Z3和RL的存在不但使F的幅頻特性畸變,而且也使它的相頻特性產(chǎn)生不對(duì)稱,如果在諧振點(diǎn)附近的相移超過(guò)π/2,加上某此附加相移的作用,在這次閉環(huán)放大電路里,就會(huì)引入正反饋而發(fā)生自激振蕩。為了消除這種不良現(xiàn)象,在電路圖4(A)的RL兩端并接上電容CL,在CL的作用下可F的幅相特性得到校正見圖4(B),理相校正時(shí),應(yīng)滿足下式關(guān)系:R1C1=R2C2=RLCL=RSCSR1R2=(1 n)RLRS如果耦合電容接于負(fù)載端,則必須在輸入端1、1’并接電容CS,理想較正條件仍如上式關(guān)系如果,雙T與放大咕嘟使用直接耦合方式,則不必接入CS或CL,此時(shí),F(xiàn)的振幅、相移特性的對(duì)稱條件可簡(jiǎn)化為:R1R2=(1 n)RSRLR1C1=R2C2必須注意:(1)雙T網(wǎng)絡(luò)與放大器直接耦合,雖然選擇性較高,但直流工作點(diǎn)將受到影響,調(diào)整因難;(2)要使內(nèi)阻ZS盡量減小及負(fù)載ZL盡量加大,否則會(huì)明顯地降低雙T的選擇性,因此基本放大電路應(yīng)前后接入射極跟隨器或源極跟隨器,以滿足雙T網(wǎng)絡(luò)的要求,(3)在元伯參數(shù)有誤差的影響下,,也會(huì)破壞了雙T的平衡條件,使幅頻、相頻特性發(fā)生變化,因此雙T網(wǎng)絡(luò)的元件應(yīng)按照具體要求,必須經(jīng)嚴(yán)格選出溫度特性好,工作穩(wěn)定的元件,并要進(jìn)行老化 選頻放大器圖4(A) 選頻放大器圖4(B) 選頻放大器圖4(C) 二、雙T電橋與放大器的連接方式 雙T電橋與放大器的連接方式見下表 第一類 電路 特點(diǎn) 選頻放大器 雙T反饋電壓UF與輸入信號(hào)Ui同時(shí)加入放到放大器的輸入端,Ui加到BG1的發(fā)射極,而UF加到基極,屬串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路,電路的閉環(huán)增益為KF=K/(1 FK),諧振時(shí),因F=0,故KF=K=最大;嚴(yán)重失諧時(shí),因FK>>1,故K=1/F≈1 選頻放大器 UF和Ui同時(shí)加入到BG1的基極,屬于并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路,使用這種聯(lián)接方式時(shí),要求信號(hào)源內(nèi)阻RS足夠大,否則雙T電橋因負(fù)載太小會(huì)明顯地降低選擇性,該電路的閉環(huán)增益與上述電路相同, 第二類 選頻放大器 UF加入至基本放大電路的中間級(jí)BG1的基極,使UF比Ui多了一級(jí)放大,即UF經(jīng)BG1、BG2、BG3三級(jí)放大,而Ui經(jīng)BG2、BG3兩級(jí)放大。電路的閉環(huán)益為KF=K/(1 K1F),諧振時(shí)因F=0,故KF=K=最大,嚴(yán)重失諧時(shí),因FK1>>1,故KF=K/K1<1。因此,從減小失諧時(shí)的最小輸出電壓來(lái)說(shuō),它比第一類電路好。 第三類 選頻放大器 輸入信號(hào)Ui接于雙T電橋并臂C3R3與地之間,使Ui既作用于BG1的輸入端,又作用于BG2的輸出端,使電路的閉環(huán)益變?yōu)镵F=(1-F)K/(1 KF),諧振時(shí),因F=0,故KF=K=最大;嚴(yán)重失諧時(shí),因F.K>>1及F≈1,故KF=0,從嚴(yán)重失諧時(shí)的最小輸出電壓來(lái)說(shuō),這種電路最好,但調(diào)節(jié)麻煩 三、實(shí)用電路分析與調(diào)整方法1、電路分析 圖5為固定頻率的晶體管選頻放大電路,諧振頻率是100赫,通頻帶小于6赫,諧振點(diǎn)的增益|KF|=70,它屬于第一類選頻放大電路,BG1、BG2組成共射放大電路,輸入信號(hào)Ui與反饋電壓UF分別加于兩管的基極[UF先經(jīng)射隨器BG4再送到BG2基極],其作用是:一方面增加選頻放大電路的輸入電阻,另一方面可使雙T的負(fù)載電阻[即BG4的輸入電阻]增加,以消除輸入信號(hào)源內(nèi)阻RS對(duì)雙T的影響,BG3也是射隨器,它使雙T的電源內(nèi)阻減小,從而提高了電路的選擇性,雙T電橋?yàn)榉菍?duì)稱型,它與放大電路交流耦合,故用CL來(lái)校正幅頻相頻特性的對(duì)稱性。 選頻放大器圖5 2、調(diào)整方法 為了降低對(duì)電阻精度的要求和便于調(diào)虎離山節(jié),R2(或R3)分別用一只固定電阻R’2(或R’3)和電位器R’2(或R’3)組成,電位器數(shù)值為R2(或R3)的10-20%為宜[若固定電阻,誤差是5%],然后按要求精度來(lái)選電容。 選頻放大器圖6 調(diào)整步驟(1)按圖6電路雙T網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行粗調(diào),信號(hào)源選頻率100赫,輸入電壓大于2伏,然后反復(fù)調(diào)電位器R’2和R’3務(wù)必使輸出電壓最小,對(duì)于定點(diǎn)頻率的雙T網(wǎng)絡(luò),使Fmin=0.002是不因難的(即衰減54分貝)注意在圖5電路中,對(duì)雙T網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),右邊為輸入端,左邊為輸出端,另外,信號(hào)源的非線性失真要小,否則很難使Fmin=0.002.(2)調(diào)放大器的直流工作點(diǎn),由于基本放大電路是直接耦合放大器,各級(jí)工作點(diǎn)彼此有牽連,所以只要調(diào)節(jié)偏置Rb1、Rb2使Ue3為6-7伏即可。(3)調(diào)放大器的無(wú)反饋(開環(huán))增益,從BG1基極輸入信號(hào)(f=100和赫)調(diào)節(jié)輸入幅度,使輸出波形不失真,并求K=UO/Ui=70,若K>70,則減小Re2;反之,若K<70,可增加Rc2,直至K=70為止。(4)雙T電橋細(xì)調(diào)拉入雙T電橋,因雙T已調(diào)準(zhǔn)于f=100赫及Fmin≈0的,又因雙T的輸入阻抗比放大器的輸出阻抗大很多,所以接入雙T電橋后,對(duì)諧振點(diǎn)來(lái)說(shuō),負(fù)反饋為零。因此,應(yīng)該不影響放大器的增益,根據(jù)這個(gè)道理,若接入雙T網(wǎng)絡(luò)后,K略小于70(因雙T總有點(diǎn)負(fù)載效應(yīng)),則說(shuō)明電路是正常工作的;若接入雙T網(wǎng)絡(luò)后,K大于70,則說(shuō)明雙T在諧振點(diǎn)處引入正反饋,這時(shí)應(yīng)調(diào)大R’3,使K減小至70;反之當(dāng)接入雙T網(wǎng)絡(luò)后,K減小較大,則說(shuō)明了雙T在諧振處Fmin≠O,故引入負(fù)反饋,致使K減小,此時(shí)可適當(dāng)調(diào)小R’3,務(wù)使K增大到70為止。在調(diào)試過(guò)程中,如果發(fā)現(xiàn)自激現(xiàn)象,則應(yīng)首先把自激消除后,再進(jìn)行調(diào)試,有三類自激振蕩1、諧振點(diǎn)附近的自激,因?yàn)樵趂o附近雙T電橋產(chǎn)生正反饋,可調(diào)節(jié)R3使自激消除,2、在極低頻率附近(約幾赫)時(shí),是由于雙T網(wǎng)絡(luò)的幅頻相頻特性不對(duì)稱,加上極低頻率時(shí),放大器的耦合電容或旁路電容會(huì)引入附加相移,從而構(gòu)成了正反饋,因此,消除這類自激振蒎,可以改用直耦放電路或?qū)Ⅰ詈想娙?、旁路電容的?shù)值減少,尤其要注意雙T網(wǎng)絡(luò)與放大器的耦合電容C4的影響;3、高頻自激振蕩(約幾十千赫)消除方法是收縮放大器的通頻帶,使高端增益訊速地衰減,例如圖5電路中接入Cm,使BG2的負(fù)載變?yōu)镽2與Cm并聯(lián),選取Cm的數(shù)值,使其在低頻時(shí),Cm不起作用,而在自激頻率附近,造成了BG2的阻抗突然急劇地減小,從而使自激消除。