選頻放大器

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(hào)中，選取所需的一種頻率信號(hào)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(kāi)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(duì)諧振頻率fo來(lái)說(shuō)，放大電路不存在負(fù)反饋，故kf=k，此時(shí)放大器的輸出電壓最大。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(jiàn)上圖c因而，偏離fo點(diǎn)的其它無(wú)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(duì)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(duì)失諧系數(shù)-----------------------4式2△fo.7主為半功點(diǎn)的帶寬由2式可見(jiàn)：對(duì)固定的諧振頻率fo來(lái)說(shuō)，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(lái)麻煩，只有選擇性要求較高，才使用非對(duì)稱雙t電路，該電路的輸入、輸出阻抗及相角變化情況請(qǐng)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)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(wú)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=0；因此，f隨頻率變化的曲線如圖4（b）示，由圖可見(jiàn)，傳輸特性是不對(duì)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(duì)稱，如果在諧振點(diǎn)附近的相移超過(guò)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(jiàn)圖4（b），理相校正時(shí)，應(yīng)滿足下式關(guān)系：r1c1=r2c2=rlcl=rscsr1r2=（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的振幅、相移特性的對(duì)稱條件可簡(jiǎn)化為：r1r2=（1+n)rsrlr1c1=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(jiàn)下表第一類電路特點(diǎn)雙t反饋電壓uf與輸入信號(hào)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=最大；嚴(yán)重失諧時(shí)，因fk>>1，故k=1/f≈1uf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(hào)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(jí)bg1的基極，使uf比ui多了一級(jí)放大，即uf經(jīng)bg1、bg2、bg3三級(jí)放大，而ui經(jīng)bg2、bg3兩級(jí)放大。電路的閉環(huán)益為kf=k/（1+k1f），諧振時(shí)因f=0，故kf=k=最大，嚴(yán)重失諧時(shí)，因fk1>>1，故kf=k/k1輸入信號(hào)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)閗f=（1-f）k/（1+kf），諧振時(shí)，因f=0，故kf=k=最大；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(lái)說(shuō)，這種電路最好，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，它屬于第一類選頻放大電路，bg1、bg2組成共射放大電路，輸入信號(hào)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(hào)源內(nèi)阻rs對(duì)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?duì)稱型，它與放大電路交流耦合，故用cl來(lái)校正幅頻相頻特性的對(duì)稱性。圖52、調(diào)整方法為了降低對(duì)電阻精度的要求和便于調(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%]，然后按要求精度來(lái)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(hào)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(duì)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(duì)雙t網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，右邊為輸入端，左邊為輸出端，另外，信號(hào)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(jí)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(wú)反饋（開(kāi)環(huán)）增益，從bg1基極輸入信號(hào)（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(duì)諧振點(diǎn)來(lái)說(shuō)，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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(guò)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(duì)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詈想娙荨⑴月冯娙莸臄?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)閞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。