Двойной настроенный усилитель - Double-tuned amplifier

А двойной настроенный усилитель это настроенный усилитель с трансформатор связь между каскадами усилителя, в которых индуктивности как первичного, так и вторичного обмотки настраиваются отдельно с помощью конденсатор через каждый. Схема приводит к более широкому пропускная способность и круче юбки чем один настроенная схема добьется.

Есть критическое значение трансформатора коэффициент связи на котором частотный отклик усилителя максимально плоский в полоса пропускания и прирост максимально на резонансная частота. В конструкциях часто используется более высокая связь (избыточная связь), чтобы получить еще более широкую полосу пропускания за счет небольшой потери усиления в центре полосы пропускания.

Каскадный наличие нескольких каскадов усилителей с двойной настройкой приводит к уменьшению полосы пропускания всего усилителя. Два каскада дважды настроенного усилителя имеют 80% полосы пропускания одинарного каскада. Альтернативой двойной настройке, позволяющей избежать потери полосы пропускания, является ступенчатая настройка. Усилители с ступенчатой ​​настройкой могут быть спроектированы с заданной полосой пропускания, превышающей полосу пропускания любого отдельного каскада. Однако ступенчатая настройка требует большего количества ступеней и имеет меньшее усиление, чем двойная настройка.

Типовая схема

Типичный двухкаскадный усилитель с двойной настройкой

Показанная схема состоит из двух этапов усилитель мощности в общий эмиттер топология. В предвзятость все резисторы выполняют свои обычные функции. Вход первого этапа соединенный обычным способом с серией конденсатор чтобы не повлиять на предвзятость. Однако нагрузка коллектора состоит из трансформатор который служит межкаскадной связью вместо конденсаторов. Обмотки трансформатора имеют индуктивность. Конденсаторы, размещенные поперек обмоток трансформатора, образуют резонансные контуры которые обеспечивают настройка усилителя.

Еще одна деталь, которую можно увидеть в усилителе такого типа, - это наличие краны на обмотках трансформатора. Они используются для входных и выходных соединений трансформатора, а не для верхних частей обмоток. Это сделано для согласование импеданса цели; биполярный переходной транзистор усилители (такие, как показано на схеме) имеют довольно высокую мощность сопротивление и довольно низкий входной импеданс. Этой проблемы можно избежать, используя МОП-транзисторы которые имеют очень высокий входной импеданс.^[1]

Конденсаторы, подключенные между нижней частью вторичных обмоток трансформатора и землей, не являются частью настройки. Скорее, их цель - разъединять смещение транзистора резисторы от AC схема.

Характеристики

Двойная настройка, по сравнению с одиночной настройкой, дает эффект расширения полосы пропускания усилителя и увеличения крутизны. юбка ответа.^[2] Настройка обеих сторон трансформатора образует пару связанные резонаторы что является источником увеличения пропускной способности. Коэффициент усиления усилителя зависит от коэффициент связи, k, что связано с взаимная индуктивность, M, а первичная и вторичная обмотки индуктивности, L_п и L_s соответственно,

${\displaystyle M=k{\sqrt {L_{\mathrm {p} }L_{\mathrm {s} }}}}$

Существует критическое значение связи, при котором коэффициент усиления усилителя является максимальным при резонансе. Ниже этого критического значения имеется единственный пик на частотной характеристике с максимумом амплитуды при резонансе, а пик уменьшается как k уменьшается. Такой ответ называется недосвязанным, При значениях k выше критической связи реакция начинает расщепляться на два пика. Эти пики сужаются и отдаляются друг от друга по мере того, как k увеличивается, а промежуток между ними (центрированный на резонансной частоте) становится все глубже. Такой ответ называется сверхсвязанным.^[3]

Усилитель с критической связью имеет характеристику максимально плоский. Такого отклика также можно добиться без трансформаторов с двумя ступенями шахматно настроенный усилитель. В отличие от ступенчатой ​​настройки, двойная настройка обычно настраивает оба резонатора на одно и то же. резонансная частота.^[4] Однако разработчик может решить спроектировать усилитель с избыточной связью, чтобы получить более широкую полосу пропускания за счет небольшого провала (обычно 3 дБ чтобы максимизировать 3 дБ полоса пропускания) в центре частотной характеристики.^[5]

Нравиться синхронная настройка добавление дополнительных каскадов усилителей с двойной настройкой приводит к уменьшению полосы пропускания. В 3 дБ пропускная способность п идентичных каскадов, как части полосы пропускания одного каскада, приблизительно определяется как

${\displaystyle {\sqrt[{4}]{2^{1/n}-1}}}$

Это выражение применяется только к небольшой дробной полосе пропускания.^[6]

Анализ

Схема может быть представлена ​​в более общем виде, заменив усилители на обобщенный крутизна усилитель, как показано.

Общее представление одного каскада усилителя с двойной настройкой и части следующего каскада

где (без суффиксов номеров этапов),

грамм_о выходная проводимость усилителей

грамм_я - входная проводимость усилителей.

Как правило, в конструкции резонансные частоты и Qs на первичной и вторичной сторонах идентичны, так что,

${\displaystyle \omega _{0}=\omega _{0\mathrm {p} }={1 \over {\sqrt {L_{\mathrm {p} }C_{\mathrm {p} }}}}=\omega _{0\mathrm {s} }={1 \over {\sqrt {L_{\mathrm {s} }C_{\mathrm {s} }}}}}$

и,

${\displaystyle Q=Q_{\mathrm {p} }={1 \over L_{\mathrm {p} }G_{\mathrm {o} }}=Q_{\mathrm {s} }={1 \over L_{\mathrm {s} }G_{\mathrm {i} }}}$

куда ω₀ резонансная частота, выраженная в единицах угловая частота а индексы p и s относятся соответственно к компонентам на первичной и вторичной стороне трансформатора.

Сценическое усиление

АЧХ усилителя с двойной настройкой для различных значений связи

При сделанных выше предположениях коэффициент усиления по напряжению А одного каскада усилителя можно выразить как

${\displaystyle A=A_{0}{\frac {2kQ}{4Q\delta -i(1+k^{2}Q^{2}-4Q^{2}\delta ^{2})}}}$

куда

${\displaystyle i}$ это мнимая единица,

${\displaystyle A_{0}={\frac {g_{\mathrm {m} }}{2{\sqrt {G_{\mathrm {o} }G_{\mathrm {i} }}}}}}$

это максимальный выигрыш, достигаемый этапом, и

${\displaystyle \delta ={\frac {\omega -\omega _{0}}{\omega _{0}}}}$

- частота, выраженная как относительное отклонение частоты от резонансной частоты.

Пиковая частота

При менее критической связи имеется один пик в отклике, возникающий при резонансе. Выше критической связи есть два пика на частотах, определяемых

${\displaystyle \delta _{\mathrm {H} },\delta _{\mathrm {L} }=\pm {1 \over 2Q}{\sqrt {k^{2}Q^{2}-1}}}$

куда δ_L и δ_ЧАС представляют собой соответственно низкие и высокие частоты пиков, выраженные как дробное отклонение.

При критической связи или выше пики достигают максимального усиления, доступного от усилителя.

Критическое сцепление

Критическая связь возникает, когда два пика просто совпадают. То есть когда

${\displaystyle k^{2}Q^{2}-1=0}$

или же

${\displaystyle k={1 \over Q}}$^[7]

Рекомендации

1. Бхаргава и другие., стр. 382–383
2. Гулати, стр. 432
3. Бакши и Годзе, стр. 5,25
   • Chattopadhyay, p. 195–196
4. Chattopadhyay, p. 196
5. Бакши и Годзе, стр. 5,26
6. Бакши и Годзе, стр. 5,29
7. Bakshi & Godse, стр. 5.20–5.26 (для всего раздела анализа)

Библиография

• Бакши, Удай А .; Годзе, Атул П., Анализ электронных схем, Технические публикации, 2009 г. ISBN  8184310471.
• Bhargava, N.N .; Gupta, S.C .; Кульшрешта Д. К., Базовая электроника и линейные схемы, Тата МакГроу-Хилл, 1984 ISBN  0074519654.
• Чаттопадхьяй, Д., Электроника: основы и приложения, New Age International, 2006 г. ISBN  8122417809.
• Гулати, Р. Р., Монохромное и цветное телевидение, New Age International, 2007 г. ISBN  8122416071.