Частотные характеристики цепей с операционными усилителями и транзисторами (стр. 2 из 2)

(Схемы замещения самих усилительных приборов можно представить рисунком слайда таблица 2. 1, ЛО. 1 стр. 177).

Все схемы замещения используют зависимые источники тока ИТУН, так как с ними упрощается составление узловых уравнений цепей и их машинный анализ для определения ПФ.

При составлении уравнений для анализа ЧХ цепей с такими усилительными приборами, в схемах замещения цепей отсутствуют источники питания и упрощенно подходят к рассмотрению влияния некоторых элементов их характеристики.

К ним можно отнести резисторы и конденсаторы, предназначенные лишь для получения нужных постоянных напряжений на электродах усилительных приборов.

В технике радиоприемных и радиопередающих устройств для частотно избирательного усиления сигналов широко используются резонансные усилители. Резонансный усилитель содержит обычно несколько каскадов (многокаскадный), в каждый из которых входит усилительный прибор и параллельный колебательный контур. Простейшая схема замещения каскада с зависимым источником типа ИТУН показан на рисунке 6.

Рис. 6

Частотные характеристики каскада оцениваются по его комплексной передаточной функции

,

где g – крутизна усилительного прибора,

– комплексное управляющее напряжение.

Используя известное выражение КПФ для параллельного колебательного контура, найдем

Видно, что АХЧ, как и КПФ резонансного усилителя пропорциональна с точностью до "g" АХЧ параллельного колебательного контура

.

Таким образом, частотные составляющие сигнала близкие к резонансной частоте контура, проходят через каскад с максимальным усилением, другие же усиливаются меньше. Резко выраженная неравномерность АХЧ каскада и позволяет использовать его для селективного (избирательного) усиления выделяемого сигнала и одновременно подавления сигналов, рабочие частоты которых удалены от резонансной частоты контура. При этом резонансные частоты колебательных контуров отдельных каскадов или совпадают между собой, или несколько отличаются друг от друга. Это позволяет получить усиление с более совершенными ЧХ.

Максимальное (резонансное) усиление каскада

.

Многокаскадная структура устройства, обеспечивающая требуемую частотную селекцию, сигнала может строиться по каскадно-развязанной схеме соединения отдельных каскадов. Условием такого соединения должно быть выполнение требования по соотношению входного и выходного сопротивлений каскадов. Чаще всего берут каскады с большим входным и малым выходным сопротивлениями, значительно отличающимися друг от друга. При каскадном соединении таких звеньев передаточная функция цепочки звеньев тем меньше отличается от произведения передаточных функций звеньев цепочки, чем больше будут различаться в месте соединения выходное сопротивление предшествующего и входное сопротивление последующего звеньев цепочки (рис. 7).

.

Рис. 7

.

Каскадно-развязанное соединение звеньев находит широкое практическое применение при реализации микроэлектронных аналоговых цепей с заданными источниками или временными характеристиками. Применение активных цепей позволяет реализовать как заданный уровень усиления, так и заданное превышение входного сопротивления каскада над выходным сопротивлением предыдущего каскада.

Функция чувствительности частотных характеристик электрических цепей

Функция чувствительности позволяет оценивать стабильность электрических цепей.

При выборе той или иной схемной структуры или конкретной цепи предпочтение, при прочих равных условиях, следует отдать той из них, которая допускает применение элементов с большими отклонениями от расчетных номиналов, т. е. с большим допуском.

Для качественной оценки допустимых отклонений элементов от их номиналов и вводится понятие чувствительности характеристики цепи.

Относительной чувствительностью характеристики (например, АЧХ) называется предел, к которому стремится отношение относительного приращения характеристики цепи к относительному приращению параметра цепи (например, конкретного элемента цепи и т. д.), вызвавшему указанное отклонение характеристик цепи, если приращение параметра стремится к нулю.

.

Данная характеристика является функцией частоты. При конечных значениях приращений, если относительное приращение мало, приближено:

.

По этой формуле, вычисляя функцию

или ее наибольшее значение, и можно оценить требования к точности изготовления элемента цепи.

Если отклонения элементов цепи малы, случайны и независимы, то при оценке необходимой точности используется так называемая средняя относительная квадратичная чувствительность

.

Аппарат функции чувствительности можно использовать и для оценки ухода характеристик цепи под влиянием тех или иных дестабилизирующих факторов, например температуры.

Таким образом, с помощью функции чувствительности появляется возможность оценивать вероятность выхода годных изделий в процессе производства, эксплуатации, хранения, оценивать возможность использования аппаратуры в тех или иных условиях эксплуатации, выполняя необходимые расчеты с помощью ЭВМ.

Заключение

Мы рассмотрели и познакомились с электронными аналогами колебательных контуров. Увидели, что схемные решения значительно отличаются от тех, что мы рассматривали при анализе простых колебательных контуров.

Убедились, что возможности селективных устройств с усилительными приборами значительно превышают по некоторым параметрам одиночные, да и связанные колебательные контуры, но при этом необходимо учитывать стабильность характеристик.

Литература

1.Белецкий А. Ф. Теория линейных электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1986.

2.Бакалов В. П. и др. Теория электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1998;

3.Качанов Н. С. и др. Линейные радиотехнические устройства. М.: Воен. издат., 1974;

4. В. П. Попов Основы теории цепей – М.: Высшая школа, 2000