Частотные электрические фильтры

 

На рисунке 47а представлена схема П-образного фильтра, применяющегося для сглаживания пульсаций в нагрузке R. Его работа основана на двух явлениях:

• Частотной зависимости реактивных сопротивлений ёмкостного и индуктивного;
• Переходных процессах в электрических цепях.

Рисунок 47

Сглаживающий фильтр

Конденсатор, стоящий на входе фильтра, ёмкостью С₁ имеет малое сопротивление для высокочастотной составляющей пульсирующего входящего в фильтр тока, (смотри страницу 15 и 16), эта же высокочастотная составляющая встречает большое сопротивления дросселя с индуктивностью L. Таким образом, высокочастотная составляющая пульсирующего тока в нагрузку не попадет (замыкается через С₁), а благодаря индуктивности L дросселя, низкочастотная составляющая проходит через дроссель и заряжает конденсатор С₂, параллельно которому подключена нагрузка R, следовательно напряжение на нагрузке равно напряжению на конденсаторе С₂. По законам переходных режимов конденсатор не может зарядиться мгновенно. При большой ёмкости конденсатора С₂ зарядка и разрядка (на убывающем участке полуволны пульсирующего тока) может занять по времени больше, чем четверть периода, что приведёт к очень значительному уменьшению пульсаций напряжения на нагрузке (смотри рисунок 46 б).

Стабилизаторы Простейшие параметрические стабилизаторы были рассмотрены ранее, когда говорилось о работе диодов.

 

Усилители электрических сигналов

 

Усилители предназначены для усиления входного сигнала. Известно большое многообразие усилителей, отличающиеся по назначению, по мощности, по коэффициенту усиления, по качеству усиления (на сколько усиленный сигнал искажён по сравнению с входным) и другим параметрам.

Структура усилителя

Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями

В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Суть обратной связи в том, что малая часть выходного сигнала снова подаётся на вход, корректируя работу усилителя. Отрицательные обратные связи уменьшают коэффициент усиления, но позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы,) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики.

Некоторые усилители, обычно УВЧ (усилители высокой частоты) радиоприёмных и радиопередающих устройств, оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.

Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.

В качестве усилительных элементов обычно используются транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.

Усилительный элемент – транзистор обеспечивает усиление сигнала, поэтому понять принцип усиления просто, достаточно взглянуть на характеристики, например, полевого транзистора

Рисунок 48 Входные и выходные характеристики

Справа приведены выходные характеристики. В зависимости на какой их них (а они задаются напряжением U_зи) и в каком месте находится рабочая точка будет определённый режим работы усилителя, соответствующий режиму работы транзистора.

 

а б в

Рисунок 49 Классы работы усилителя

Рис. 49 а рабочая точка на линейном участке характеристики, активный режим, класс работы усилителя называется «класс А»

Рис. 49 б рабочая точка находится в самом начале характеристики, режим отсечки, класс работы усилителя называется «класс В»

Рис. 49 в тоже режим отсечки, но пропускается только верхушка синусоиды, класс работы усилителя называется «класс С»