Селективні підсилювачі

Селективний (вибірковий) підсилювач - це смуговий підсилювач з відносно вузькою смугою пропускання. Якщо у смугового підсилювача верхня і нижня границі смуги пропускання та можуть, в принципі, мати довільне значення, то у селективного підсилювача вони обмежують дуже вузьку смугу пропускання

Підсилення сигналів селективними підсилювачами забезпечується активними елементами схеми (транзисторами, електронними лампами або операційними підсилювачами), а вибіркові властивості - її пасивними елементами. На високих частотах як частотно - вибіркові елементи звичайно застосовуються високодобротні коливальні - контури. На низьких частотах, де для реалізації таких контурів потрібні б були дуже великі індуктивності, селективні властивості забезпечуються частотно - вибірковими - схемами, сконструйованими лише з ємностей та резисторів.

9.1. Селективний -підсилювач зі смуговим фільтром

у колі позитивного зворотного зв’язку

Найпростіший -фільтр, якому притаманні частотно-вибіркові властивості,

зображено на рис. 9.1. З першого погляду очевидно, що ємність не пропускатиме на вихід низькочастотну частину спектра вхідних сигналі, а ємність - закорочуватиме не землю його високочастотну частину. Отже, повинна існувати певна частота. Яка буде проходити через цей чотириполюсник з найменшим ослабленням. Розрахунок дає значення для коефіцієнта проходження

(9.1)

У окремому випадку, з яким звичайно мають справу на практиці, коли , вираз (9.1) спрощується і набуває вигляду

(9.2)

За структурою цей вираз нагадує аналогічний вираз для коливного - контуру. На частоті член у круглих дужках стає рівним нулю і досягає свого максимального значення (рис.9.2). Частоту називають квазирезонансною частотою, хоча і ясно, що тут не йдеться про резонанс як фізичне явище. Формально може бути і введена величина ефективної добротності, яка також дорівнює 1/3.

Звичайно, селективні властивості такого фільтру невисокі. Проте, їх можна покращити, якщо застосувати цей фільтр у колі позитивного зворотного зв’язку операційного підсилювача (рис.9.3). При цьому, як відомо, коефіцієнт підсилення підсилювача дорівнюватиме

(9.3)

де - коефіцієнт підсилення «чистого» підсилювача[1].

На частотах, далеких від квазирезонансу, де близька до нуля, (рис.9.4), але при наближенні до квазирезонансу знаменник у (9.3) зменшується і зростає, досягаючи максимального значення при .При висота цього максимуму може стати як завгодно великою, а смуга пропускання відповідно як завгодно малою. Слід, однак, передбачати, щоб значення не перевищувало одиницю, оскільки в такому разі схема самозбуджується і підсилювач перетворюється на автогенератор. Для запобігання цього служить коло негативного зворотного зв’язку, яке знижує на всіх частотах до значень . Очевидно, для цього повинне виконуватися співвідношення . Змінюючи відношення величин та можна регулювати високу та гостроту кривої зображеної на рис.9.4.

9.2. Селективний - підсилювач з режекторним фільтром

у колі негативного зворотного зв’язку

Дещо іншим є принцип роботи селективного - підсилювача, в якому застосовується негативний зворотний зв’язок через - фільтр режекторного типу. (рис.9.5). Коефіцієнт підсилення в такому випадку дорівнює (9.4) і , якщо завжди менший від .

На високих та низьких частотах, де режекторний фільтр повністю прозорий для сигналів, і знижується до величин порядку одиниці (рис.9.6). Однак, в міру наближення до частоти , коефіцієнт зворотного зв’язку стає дедалі все меншим і меншим, поки нарешті на частоті квазирезонансу, де мінімальне, величина досягає свого максимального значення.

Як режекторні фільтри можна застосовувати - мости, які балансуються на квазирезонансній частоті. Здебільше застосовують так званий «подвійний Т - міст», який є паралельним сполученням двох Т - подібних - чотириполюсників (рис.9.7). Вираз для амплітудно-частотної характеристики такої схеми має вигляд:

(9.5)

На квазирезонансній частоті цей вираз перетворюється у нуль.

Для побудови частотно - вибіркового підсилювача подвійний Т-міст можна ввести у коло негативного зворотного зв’язку операційного підсилювача, який працює за схемою інвертуючого увімкнення (рис.9.8).

На частоті квазирезонансу сигнал з виходу на вхід не проходить, негативний зворотний зв’язок відсутній і коефіцієнт підсилення виявляється рівним коефіцієнту підсилення «чистого» підсилювача. На всіх інших частотах негативний зворотний зв’язок більшою чи меншою мірою придушує підсилення і зменшує величину . Вираз для модуля коефіцієнта підсилення даної схеми поблизу квазирезонансу має вигляд:

де

і подібний аналогічному виразу для АЧХ коливного контуру. Ефективна добротність АЧХ такого підсилювача виявляється рівною ; її можна зробити досить великою, якщо збільшувати коефіцієнт підсилення «чистого» підсилювача.

Оскільки в даній схемі застосовується лише негативний зворотний зв’язок, жодних ускладнень з самозбудженням тут не виникає. Тому при побудові селективних - підсилювачів перевагу звичайно надають саме схемі з подвійним Т- мостом, яка при великих значеннях може забезпечити як велике і стійке підсилення на частоті квазирезонансу, так і досить хорошу вибірковість.

[1] Величину будемо вважати дійсною та позитивною.