選頻放大器

出處：prengui 發(fā)布于：2007-10-08 00:00:00 | 2018 次閱讀

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中，選取所需的一種頻率信號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)

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，對諧振頻率fo來說，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。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：

等一種是非對稱雙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：對固定的諧振頻率fo來說，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)也帶來麻煩，只有選擇性要求較高，才使用非對稱雙T電路，該電路的輸入、輸出阻抗及相角變化情況請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，傳輸特性是不對稱的

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)生不對稱，如果在諧振點(diǎn)附近的相移超過
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=RSCS
R1R2=（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、相移特性的對稱條件可簡化為：
R1R2=（1+n)RSRL
R1C1=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

圖4（A）

圖4（B）

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)
		雙T反饋電壓UF與輸入信號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=；嚴(yán)重失諧時(shí)，因FK>>1，故K=1/F≈1
		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		UF加入至基本放大電路的中間級BG1的基極，使UF比Ui多了放大，即UF經(jīng)BG1、BG2、BG3三級放大，而Ui經(jīng)BG2、BG3兩級放大。電路的閉環(huán)益為KF=K/（1+K1F），諧振時(shí)因F=0，故KF=K=，嚴(yán)重失諧時(shí)，因FK1>>1，故KF=K/K1<1。因此，從減小失諧時(shí)的最小輸出電壓來說，它比類電路好。
第三類		輸入信號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=；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)的最小輸出電壓來說，這種電路，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，它屬于類選頻放大電路，BG1、BG2組成共射放大電路，輸入信號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，以消除輸入信號源內(nèi)阻RS對雙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ΨQ型，它與放大電路交流耦合，故用CL來校正幅頻相頻特性的對稱性。

圖5

2、調(diào)整方法

為了降低對電阻的要求和便于調(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%]，然后按要求來選電容。

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，對雙T網(wǎng)絡(luò)來說，右邊為輸入端，左邊為輸出端，另外，信號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)放大器的無反饋（開環(huán)）增益，從BG1基極輸入信號（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，對諧振點(diǎn)來說，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。

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