Избирательные rc-усилители

Низкочастотные избирательные усилители выполняют с обратными связями через частотно-зависимые RC-цепи.

Возможность получения высоких добротностей определило широкое распространение избирательных усилителей с режекторными цепями в виде двойных Т-образных мостов.

Двойной Т-образный мост. Схема двойного Т-образного моста приведена на рис.9.

Рис.9.Схема двойного Т-образного моста

Коэффициент передачипо напряжению двойного Т-образного моста сильно зависит от частоты . На низких частотах коэффициент передачи стремится к единице , так как сопротивления конденсаторов становятся большими и всё входное напряжение через “верхний”одинарный Т-образный мост (R1, C3, R2)передаётся на выход .

На высоких частотах коэффициент передачи тоже стремится к единице вследствие того, что сопротивления конденсаторов становятся малыми и всё входное напряжение через “нижний” одинарныйТ-образный мост (C1, R3, C2)передаётся на выход .

_{На квазирезонансной частоте} общий коэффициент передачи по напряжению равен нулю , поскольку на этой частоте каждый из одинарных Т-образных мостов, из которых состоит двойной Т-образный мост, имеет равные по модулю и противоположные по фазе коэффициенты передачи и их выходные токи взаимно компенсируются, так что

_{Вывод частотных характеристикдвойного Т-образного моста приведенв прил.1.}

_{На рис.10представлена амплитудно-частотная характеристика моста, на рис.11 – фазочастотная характеристика (ФЧХ).}

Рис.10. АЧХ двойного Т-образного моста

Рис.11. ФЧХ двойного Т-образного моста

Существенное влияние на работу двойного Т-образного моста оказывают сопротивления нагрузки и генератора сигналов.

Повторитель напряжения с режекторным фильтром в виде двойного Т-образного моста. В некоторых случаях не столь важным является усиление по напряжению, как способность усилителя согласовывать высокое внутреннее сопротивление источника сигналов с низким и, возможно, изменяющимся сопротивлением нагрузки. В данном случае (рис.12) операционный усилитель включен в качестве повторителя напряжения, который имеет большое входное сопротивление и способен работать на низкоомную нагрузку. Так как выходное сопротивление повторителя напряжения мало, то изменения сопротивления нагрузки оказывают на амплитуду выходного сигнала пренебрежимо малое влияние.

Рис.12. Схема повторителя напряжения с режекторным фильтром в виде двойного Т-образного моста

Повторитель напряжения, включённый между источником сигналов с высоким внутренним сопротивлением и нагрузкой, имеющей меньшее или меняющееся сопротивление, называется буферным усилителем.

ИзбирательныйRC-усилитель на операционном усилителе с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи. В этой схеме избирательного усилителяцепь двойного Т-образного моста образует частотно-зависимую отрицательную обратную связь (ООС), последовательную по напряжению (рис.13).

Рис.13. Схема избирательногоRC-усилителя на операционном усилителе с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи

Коэффициент усиления усилителя с обратной связью определяется следующим образом:

, (4)

где - коэффициент усиления усилителя, - коэффициент передачи цепи обратной связи.

Анализируя данное выражение с учётом свойств цепи обратной связи можно прийти к следующим выводам.

Так как в двойном Т-образном мосте на низких и на высоких частотах коэффициент передачи стремится к единице (см. рис.10), то и, следовательно .

На квазирезонансной частоте коэффициент передачи сбалансированного моста равен нулю, то есть мост имеет весьма большое сопротивление. Таким образом, и , где -коэффициент усиленияоперационного усилителя.В частном случае, для операционного усилителя К553УД2, используемого в лабораторных работах, коэффициент усиления по напряжению . Основные параметры и характеристики этого операционного усилителя приведены в прил.2.

На рис.14 представлены амплитудно-частотные характеристики, как самого избирательного усилителя, так и двойного Т-образного моста, и операционного усилителя.

На рис.15 представлена фазочастотная характеристика избирательногоRC-усилителя с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи.

Достоинстваизбирательного усилителя.Одним из достоинств данного избирательного усилителя является возможность получения высоких добротностей.

Недостаткиизбирательного усилителя. Основной недостаток схем с двойным Т-образным мостом заключается в большой чувствительности их добротности к вариациям пассивных элементов, что приводит к трудностям настройки усилителей, перестройки их квазирезонансных частот, обеспечению их стабильности и устойчивости. Например, для настройки усилителей на необходимую квазирезонансную частоту и добротность требуется одновременное изменение сразу двух элементов моста, что существенно усложняет и делает трудоёмким процесс получения необходимых параметров.

Более того, учитывая, что в усилителе возникают дополнительные фазовые сдвиги, а входные и выходные сопротивления усилительных каскадов трудно согласуются с сопротивлениями двойных Т-образных мостов, практически невозможно убедиться в правильности настройки избирательных RC-усилителей.

Рис.14. АЧХ избирательногоRC-усилителя на операционном усилителе с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи

Рис.15. ФЧХ избирательногоRC-усилителя на операционном усилителе с двойным Т-образным мостом в цепи обратной связи

Кроме этого, использование конденсаторов и резисторов с малыми температурными коэффициентами ТКЕ и ТКС не гарантирует получение стабильности добротности.

ИзбирательныйRC-усилитель на операционном усилителес многопетлевой обратной связью.Обратная связьв этой схемеосуществляется одновременно через включенные параллельно резистор и конденсатор (рис.16).

Рис.16. СхемаизбирательногоRC-усилителяна операционном усилителе с многопетлевой обратной связью

Часть амплитудно-частотной характеристики, соответствующая фильтру пропускания нижних частот, формируется с помощью цепи и , а часть, соответствующая фильтру пропускания верхних частот, - с помощью цепи и .

Сопротивление служит для увеличения входного сопротивления избирательного усилителя и обеспечивает возможность задавать коэффициент усиления по напряжению в полосе пропускания.

_{Вывод частотных характеристик избирательного усилителя с многопетлевой обратной связью приведен в прил.3.}

На рис.17 изображена амплитудно-частотная характеристика избирательногоRC-усилителя с многопетлевой обратной связью, на рис.18– фазочастотная характеристика.

Рис.17. АЧХ избирательногоRC-усилителя на операционном усилителе с многопетлевой обратной связью

Рис.18. ФЧХизбирательногоRC-усилителя на операционном усилителе с многопетлевой обратной связью