Благодаря высокой добротности кварцевых резонаторов ( ) усилитель имеет относительно узкую полосу пропускания и высокую селективность.

3.2.4. Усилитель с фильтром на поверхностных акустических волнах

На рисунке 3.5 показана принципиальная схема усилителя и топология фильтра на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Рисунок 3.5 – Принципиальная схема усилителя с фильтром на ПАВ

и топология фильтра

Фильтр на ПАВ представляет собой тонкую пластину из пьезокерамики, на которой находятся два встречно-штыревых преобразователя (ВШП). Они наносятся на пластину путем вакуумного напыления алюминия. Каждый ВШП состоит из двух гребенок. Расстояние между штырями каждой гребенки равно длине волны. Расстояние между штырями двух противоположных гребенок равно половине длины волны. Это обеспечивает необходимое фазирование колебаний, создаваемых каждым штырем.

Сигнал, воздействующий на передающий ВШП, создает переменное электрическое поле, вызывающее упругие деформации (растяжение и сжатие), которые распространяются по пластине в виде ПАВ со скоростью 3000м/с.

В приемном ВШП происходит преобразование ПАВ в электрические колебания. АЧХ фильтра зависит от количества штырей и закона изменения длины штырей в направлении распространения волны-аподизации. При постоянной длине штырей получается АЧХ с пульсациями как в полосе пропускания, так и в полосе задерживания. Аподизация сглаживает пульсации.

Фильтры на ПАВ используют на частотах 30 МГц..3 ГГц.

Катушка индуктивности на входе фильтра образует с входной емкостью фильтра параллельный колебательный контур, настроенный на частоту сигнала, что увеличивает коэффициент усиления и повышает селективность усилителя.

Лекция 6. Анализ резонансного усилителя с одиночным колебательным

контуром

Тема 3. Резонансные усилители

3.3. Эквивалентная схема невзаимного усилительного элемента

Невзаимным называется усилительный элемент, в котором сигнал проходит преимущественно в одном направлении: со входа на выход, и практически отсутствует его прохождение в обратном направлении. Типичным невзаимным усилительным элементом является транзистор.

В режиме детектирования слабых сигналов невзаимный усилительный элемент является линейным четырехполюсником (рисунок 3.3), который описывается системой линейных уравнений с использованием Y-параметров

, (3.1)

где - входная проводимость,

- проводимость обратной передачи (обратной связи),

- проводимость прямой передачи (крутизна),

- выходная проводимость.

Отметим:

1. В идеальном невзаимном усилительном элементе проводимость обратной связи равна нулю ;

2. Если усилительный элемент используется на частоте, значительно меньшей предельной частоты по крутизне, то проводимость прямой передачи равна статической крутизне усилительного элемента .

Рисунок 3.3 – Усилительный элемент как линейный четырехполюсник

На основании второго уравнения системы 3.1 получим эквивалентную схему усилительного элемента со стороны выхода, представленную на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Эквивалентная схема усилительного элемента со стороны выхода

Схема включает генератор тока , параллельно которому включена выходная проводимость . Для получения полной эквивалентной схемы определим входную проводимость усилителя при конечной проводимости нагрузки .

Из схемы рисунка 3.3 следует, что

.

Подставив последнее соотношение во второе уравнение системы (3.1), выразим через .

Подставив последнее соотношение в первое уравнение системы и разделив на , определим входную проводимость усилителя

(3.2)

Из полученного соотношения следует, что при наличии внутренней обратной связи через усилительный элемент () входная проводимость усилителя отличается от проводимости усилительного элемента в режиме короткого замыкания на выходе и зависит от проводимости нагрузки.

Рисунок 3.5 – Эквивалентная схема усилительного элемента

3.4. Анализ одноконтурного резонансного усилителя

с автотрансформаторным включением колебательного контура

Принципиальная схема одноконтурного резонансного усилителя на биполярном транзисторе приведена на рисунке 3.6. Колебательный контур образован индуктивностью L_k и емкостью , которая определяется емкостями всех конденсаторов, входящих в контур, в основном, емкостями настроечного и подстроечного конденсаторов. Контур частично включен в коллекторную цепь транзистора (коэффициент включения p₁) и во входную цепь следующего каскада (коэффициент включения p₂).

Базовый делитель напряжения R_б1, R_б2, резистор эмиттерной стабилизации рабочей точки R_э, резистор фильтра в коллекторной цепи R_ф определяют режим работы транзистора по постоянному току.

Рисунок 3.6 – Одноконтурный резонансный усилитель с автотрансформаторным

включением контура

Задачей анализа является определение коэффициента усиления, селективности и полосы пропускания усилителя. Для ее решения перейдем от принципиальной схемы к эквивалентной, заменив транзистор с цепями питания эквивалентной схемой усилительного элемента со стороны выхода. Учтем при этом, что выходная проводимость усилительного элемента и входная проводимость следующего каскада носят емкостный характер. Поэтому на эквивалентной схеме проводимость Y₂₂ заменим резистивной проводимостью g₂₂ и выходной емкостью С₂₂, включенными параллельно, а входную проводимость следующего каскада Y_{вх сл} представим резистивной проводимостью g_{вх сл} и входной емкостью С_{вх сл}, также включенными параллельно. Параллельный колебательный контур представляется на эквивалентной схеме параллельно включенными индуктивностью L_k, емкостью и проводимостью контура при резонансе g_k. В результате получим эквивалентную схему, приведенную на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Эквивалентная схема усилителя

Упростим эквивалентную схему рисунка 3.7, объединив проводимости в одну эквивалентную проводимость и объединив емкости С₂₂, , С_{вх сл} в одну эквивалентную емкость С_к

_,

(3.3)

В результате получим эквивалентную схему рисунка 3.8, которую используем для анализа.

Рисунок 3.8 – Преобразованная эквивалентная схема усилителя

Дата добавления: 2015-07-15