Избирательные RC- усилители

Для работы в диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц широко применяются избирательные усилители, построенные на операционных усилителях, охваченных частотно-избирательной отрицательной обратной связью с применением RC-цепей. Такие избирательные усилители отличаются малыми габаритами, технологичностью изготовления и высокой надежностью.

Рассмотрим принцип построения RC-усилителя с применпнием частотно-зависимой ООС. Коэффициент усиления такого усиления, как известно, равен:

(7.1)

Откуда следует, что для обеспечения крутого спада АЧХ при отклонении частоты от квази-резонансной f₀, коэффициент передачи цепи ООС должен возрастать при отклонении частоты сигнола от f₀. Другими словами, АЧХ цепи ООС должна иметь минимум на частоте f₀. При этом влияние ООС на частоте f₀ будет наименьшим, а на всех остальных частотах глубина ООС возрастает, что приводит к снижению коэффициента усиления усилителя.

Из RC- четырехполюсников, имеющих минимум коэффициента передачи на частоте квазирезонанса , наибольшее распространение получил двойной Т-образный мост (2Т-мост).

Схема избирательного усилителя с 2Т-мостом и его АЧХ показаны на рисунке 7.2, а и б соответственно.

Рисунок 7.2.- Избирательный усилитель с 2Т-мостом

При подборе элементов 2Т-моста, включенного в цепь ООС, указанном на рисунке 7.2,а его коэффициент передачи на частоте f₀ будет минимальным, при этом добротность моста максимальна и равна:

а квазирезонансная частота равна

В схеме усилителя частотно-независимая ООС, созданная резисторами R1 и R2, служит для задания требуемого коэффициента усиления на частоте f₀, т.е. при разомкнутой петле частотно-зависимой ООС:

Добротность усилителя превышает добротность 2Т-моста в К₀ раз и равна .

Таким образом, за счет высокого коэффициента усиления К₀ можно добиться высокой добротности избирательного усилителя, несмотря на низкую добротность 2Т-моста.

Для построения избирательных RC-усилителей с положительной ОС применяются цепи, имеющие максимум коэффициента передачи β и нулевой фазовый сдвиг φ_β на частоте квазирезонанса . Наиболее широкое распространение в избирательных усилителях с ПОС получил мост Вина с максимальным значением коэффициента передачи β, равным 1/3; и Q =1/3.

Схема RC- усилителя с мостом Вина и его частотные характеристики приведены на рисунке 7.3, а и б.

Рисунок 7.3.- Усилитель с мостом Вина (а) и его частотные характеристики (б).

Произведем оценку избирательных свойств усилителя с мостом Вина. Пусть К=2.999.

Для усилителей с ПОС

А на частотах f=2f₀ или f=0.5f₀ Таким образом, при отклонении частоты от квазирезонансного значения в два раза наблюдается изменение коэффициента усиления в 128 раз, т.е. усилитель обладает избирательными свойствами.

Резисторами цепи ООС R2 и R1 задаётся коэффициент передачи усилителя при разомкнутой петле ПОС:

.

Величина зависит от петлевого усиления и при . Для моста Вина β=1/3 и К может быть увеличен до некоторого критического значения, при котором усилитель может перейти в режим генерации колебаний:

АЧХ усилителя повторяет АЧХ моста Вина, но соответствует более высокой добротности:

К достоинствам избирательного усилителя с мостом Вина следует отнести более простую схему и возможность более лёгкой, чем в схеме с 2Т-мостом, перестройки частоты квазирезонанса за счет применения сдвоенных потенциометров или конденсаторов переменной ёмкости.

Недостаток усилителей с мостом Вина обусловлен наличием цепи ПОС, которая вносит нестабильность в режим работы усилителя и при том тем большую, чем выше добротность. При наличии дестабилизирующих факторов (изменение температуры, питающего напряжении и т.п.) усилитель может потерять устойчивость и превратиться в генератор.