IX.3. Параметры резонансных усилителей.
В зависимости от назначения к усилителю предъявляются разные требования. Показатели, важные для одного типа резонансного усилителя, не имеют особого значения для резонансного усилителя другого типа. Например, такой важный показатель для любого усилителя, как коэффициент усиления, не является главным в многокаскадном усилителе, где резонансный усилитель супергетеродинного приёмника применяется главным образом для повышения избирательности по зеркальному каналу и уменьшения коэффициента шума.
Основные качественные показатели резонансного усилителя те же, что и в любом другом усилителе: коэффициент усиления, полоса пропускания, КПД, искажения всех видов и др. В резонансных усилителях КПД не имеет большого значения, так как потребляемая ими мощность обычно значительно меньше мощности, потребляемой другими каскадами. Из всех перечисленных параметров резонансных усилителей наиболее важными являются избирательность и искажения усилителя.
Избирательность резонансного усилителя.
Резонансные усилители отличаются от апериодических тем, что в них в качестве нагрузки применяются параллельные колебательные контуры с достаточно высокой добротностью. Сопротивление такого контура зависит от частоты усиливаемых сигналов, подводимых к его входу. Резонансная характеристика усилителя с нагрузкой в виде одиночного контура имеет вид, показанный на рис.9.5.
Рис. 9.5. Частотная характеристика резонансного усилителя.
Из этого рисунка видно, что при расстройке Df коэффициент усиления усилителя снижается от К0 до К1. Это позволяет усилителю, на который подаются сразу напряжения многих частот, усиливать напряжения одних частот и почти не усиливать или даже ослаблять напряжения других частот. Такой резонансный усилитель обладает избирательными свойствами.
Избирательность (селективность) показывает, во сколько раз уменьшается коэффициент усиления резонансного усилителя при заданной расстройке Df:
Se = K0 / K1 ……………………………………. (9.22).
Чаще всего избирательность выражают в децибелах:
Se (дБ) = 20 lg K0 / K1 ………………………… (9.23).
Избирательность можно определять не только по резонансной кривой, но и по кривой избирательности, построенной по формуле (9.18).
В случае многокаскадного усилителя общая избирательность равна произведению избирательностей каждого каскада:
SeS = Se1× Se2 × Se3 × ….. × Sen ……………….. (9.24).
В логарифмических единицах
SeS (дБ) = Se1(дБ) + Se2(дБ) + Se3(дБ) + ….. + Sen(дБ)…. (9.25).
При увеличении добротности контура резонансная характеристика усилителя становится круче, а полоса пропускания его, определяемая на уровне 0,707 от максимального усиления, становится более узкой, что показано на рис. 9.6:
Рис. 9.6. Зависимость полосы пропускания резонансного усилителя от
добротности контура.
Искажения в резонансных усилителях.
В резонансных усилителях возможно возникновение как частотных, так и нелинейных искажений. Частотные искажения определяются резонансной характеристикой усилителя: чем шире полоса усиливаемых им частот, тем меньше величина частотных искажений. Нелинейные искажения, как и в УНЧ, объясняются нелинейностью входных и выходных характеристик усилительных элементов (транзисторов и ламп), но имеют специфический характер. Если в УНЧ, вследствие нелинейности характеристик УЭ, возникают высшие гармоники, которые и искажают входной сигнал, то в УВЧ возникающие высшие гармоники сигнала фильтруются контуром в выходной цепи и в следующих каскадах не усиливаются. Однако если амплитуда несущей будет большая, а нелинейность входной характеристики транзистора будет ярко выражена, то это приведёт к искажению формы огибающей кривой, как показано на рис.9.7.
Рис. 9.7. Возникновение нелинейных искажений в резонансном усилителе.
После детектирования напряжение низкой частоты, повторяющее форму огибающей кривой, будет иметь нелинейные искажения. В таких случаях говорят, что искажения вызваны перегрузкой усилителя.
Для предотвращения нелинейных искажений, вызванных перегрузками, современные радиоприёмные устройства имеют систему автоматической регулировки усиления (АРУ).
Нелинейность входной характеристики вызывает и другие нежелательные явления. Если на управляющий электрод УЭ поступает постороннее мешающее напряжение со значительной амплитудой, то оно будет со своей частотой перемещать рабочую точку по входной характеристике. Если при этом характеристика УЭ нелинейна, то крутизна характеристики в рабочей точке будет изменяться с частотой мешающего сигнала, и, следовательно, будет изменяться и коэффициент усиления каскада. В результате принятый сигнал будет промодулирован помехой. После детектирования обе низкие частоты будут одинаково усиливаться в УНЧ приёмника и прослушиваться в динамике. Это явление называется перекрёстной модуляцией. Она особенно сильно проявляется при низкой избирательности входного каскада. Бороться с ней можно только повышением избирательности входных цепей приёмника.
Искажения могут вноситься ещё за счёт попадания на вход УЭ переменного напряжения от источника питания. В этом случае происходит модуляция полезного сигнала фоном переменного тока. Борьба с этим видом искажений сводится к улучшению фильтрации тока в блоке питания.