Wzmacniacze selektywne Filtry aktywne cz.1

Transkrypt

1 Wzmacniacze selektywne Filtry aktywne cz.1 Ryszard J. Barczyński, 2016 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

2 Wzmacniacze selektywne Zadaniem wzmacniacza selektywnego jest wydzielenie z sygnału wejściowego składowych o interesującej nas częstotliwości i wytłumienie pozostałych składowych sygnału.

3 Wzmacniacze selektywne podstawowe parametry Częstotliwość środkowa f0. Wzmocnienie dla częstotliwości środkowej ku0. Wzmocnienie asymptotyczne (dla częstotliwości znacznie różniących się od częstotliwości środkowej). Współczynnik prostokątności (określa stromość spadku charakterystyki amplitudowej) definiuje się jako stosunek pasma 3 decybelowego do 20 decybelowego. B p= B 20

4 Wzmacniacze selektywne podstawowe parametry Współczynnik prostokątności p= B B 20

5 Wzmacniacze selektywne podstawowe rodzaje Konstrukcja wzmacniaczy selektywnych zależy głównie od zakresu częstotliwości oraz od szerokości pasma. W zależności od konstrukcji wzmacniacze możemy podzielić na... Wzmacniacze w.cz. z rezonansowymi filtrami LC. Wzmacniacze z filtrami piezoelektrycznymi (ceramicznymi i kwarcowymi) oraz innymi elementami elektromechanicznymi. Filtry aktywne RC (zwane też selektywnymi wzmacniaczami bezindukcyjnymi). Odpowiednią charakterystykę uzyskuje się za pomocą sprzężenia zwrotnego zbudowanego z elementów RC.

6 Wzmacniacze selektywne z selektywnością skupioną i rozproszoną

7 Wzmacniacze LC z selektywnością skupioną

8 Wzmacniacze rezonansowe LC z selektywnością rozłożoną Przykładowa realizacja na tranzystorze MOSFET.

9 Wzmacniacze rezonansowe LC z selektywnością rozłożoną Przykładowa realizacja na tranzystorze bipolarnym.

10 Wzmacniacze rezonansowe LC z selektywnością rozłożoną Schemat zastępczy jednego stopnia.

11 Wzmacniacze rezonansowe LC z selektywnością rozłożoną U WY =g m Z RLC U WE Wzmocnienie napięciowe k u=gm Z RLC Częstotliwość środkowa przy małym tłumieniu f 0= 1 2 LC Dobroć 1 L Q= G0 C Pasmo f0 G0 B= = Q 2 C

12 Wzmacniacze selektywne z rezonatorami piezoelektrycznymi

13 Wzmacniacze selektywne z filtrami piezoelektrycznymi

14 Filtry aktywne RC Przy niewielkich częstotliwościach wzmacniacze selektywne LC stają się bardzo niepraktyczne wymagane elementy indukcyjne są duże, drogie i mają małą dobroć. Stosuje się wtedy wzmacniacze selektywne RC (filtry aktywne). Możemy je podzielić na trzy zasadnicze grupy: wzmacniacze z analogami indukcyjności; wzmacniacze z selektywnym sprzężeniem zwrotnym; wzmacniacze z nieselektywnym sprzężeniem zwrotnym.

15 Analogi indukcyjności 1 j C 1 U S =U I =U I 1 j R 1 C 1 R1 j C U I U 0 U 1 k u0 U S I 2= = = R2 R2 1 I 1=U I R 1 1 j C =U I 1 j R 1 C 1 j R 1 C 1 k u0 =U I R2 R 2 j R 1 C 1 U I k u0 U I j C j R 1 C 1

16 Analogi indukcyjności 1 k u0 j C R 1 R 2 I I =I 1 I 2=...=U I j R 1 R 2 C R 2 Impedancja wejściowa układu UI R2 j R1 R2 C Z we= = I I 1 k u0 j C R 1 R 2 Przy dużym wzmocnieniu R2 R1 R2 C Z we j k u0 k u0 Co odpowiada impedancji Z we=r Z j L Z, gdzie R2 RZ = k u0 R1 R2 C LZ = k u0

17 Analogi indukcyjności R 1 R 2 RZ= k u0 R1 R2 C LZ = k u0

18 Analogi indukcyjności R1 R2 R r= R 1 R 2 Lr =R 1 R 2 C

19 Analogi indukcyjności Analogi indukcyjności można wykorzystać do budowy filtrów. Przy małych częstotliwościach stosowanie analogów indukcyjności daje znacznie lepsze rezultaty niż użycie rzeczywistych cewek (rysunek). Wadą przedstawionych układów jest to, że symulowana indukcyjność jest z jednej strony uziemiona. Dlatego niekiedy stosuje się bardziej złożone konwertery impedancji

20 Wzmacniacze selektywne z selektywnym sprzężeniem zwrotnym Wzmacniacz z ujemnym selektywnym sprzężeniem zwrotnym charakteryzuje się pętlą sprzężenia zwrotnego będącą filtrem pasmowo zaporowym RC. Działanie polega na zmniejszeniu stopnia ujemnego sprzężenia zwrotnego dla wybranych częstotliwości, co pociąga za sobą wzrost wzmocnienia.

21 Wzmacniacze selektywne z selektywnym sprzężeniem zwrotnym Wzmacniacz z dodatnim selektywnym sprzężeniem zwrotnym charakteryzuje się pętlą sprzężenia zwrotnego będącą filtrem pasmowo przepustowym RC. Działanie polega na powstaniu przy pewnych częstotliwościach dodatniego sprzężenia zwrotnego, co pociąga za sobą wzrost wzmocnienia.

22 Wzmacniacze selektywne z selektywnym sprzężeniem zwrotnym Przykładem filtru pasmowo przepustowego może być Mostek Wiena. Znajduje on zastosowanie we wzmacniaczach pasmowo selektywnych z dodatnim napięciem zwrotnym.

23 Wzmacniacz selektywny z mostkiem Wiena Wadą wzmacniacza selektywnego z mostkiem Wiena jest duża wrażliwość jego parametrów zmiany wzmocnienia w celu jego stabilizacji stosuje się silne ujemne sprzężenie zwrotne.

24 Wzmacniacz selektywny z ujemntm sprzężeniem zwrotnym Układ podwójne T to pasmowo zaporowy filtr RC doskonale nadający się do zastosowania we wzmacniaczu selektywnym z ujemnym sprzężeniem zwrotnym.

25 Wzmacniacz selektywny z układem podwójne T