Читать онлайн «Электроника в вопросах и ответах». Страница 53

Суммирующий усилитель (рис. 8.12) является особым случаем усилителя, инвертирующего фазу. Подлежащие суммированию напряжения подаются на три входа, отдаленные от входа операционного усилителя резисторами R1 — R3. Усиление этой схемы для каждого из входов равно отношению сопротивления резистора R4 к сопротивлению соответствующего входного резистора.

Рис. 8. 12. Суммирующий усилитель

При подборе одинаковых сопротивлений R1 = R2 = R3 = R4 на выходе получают алгебраическую сумму напряжений. Примером использования суммирующей схемы может быть схема, микширующая несколько акустических сигналов, например сигналы с трех микрофонов, которые должны усиливаться общим усилителем мощности.

Интегрирующая схема, или интегратор, представлена на рис. 8.13. Как известно, интегрирующей схемой называется RС-фильтр нижних частот (рис. 8.13, а), у которого выходное напряженно пропорционально интегралу входного напряжения. Аналогичный эффект, но с усилением, получаем при использовании конденсатора в цепи ОС операционного усилителя (рис. 8.3, б).

Рис. 8.13. Интегрирующая схема:

а — RС-цепочка; б — схема с операционным усилителем

Дифференцирующая схема изображена на рис. 8.14. Дифференцирующей схемой является RC-фильтр верхних частот (рис. 8.14, а), характеризующийся тем, что напряжение на его выходе пропорционально производной входного напряжения. В отличие от интегрирующей в дифференцирующей схеме в петле ОС операционного усилителя находится резистор, а не конденсатор.

Рис. 8.14. Дифференцирующая схема:

а — RC-цепочка; б — схема с операционным усилителем

Да. Используя операционный усилитель без цепи ОС, можно получить схему сравнения двух напряжений, или компаратор. В идеальном усилителе при равенстве входных напряжений выходное напряжение равно нулю. Если подать на один из входов некоторое опорное напряжение, можно получить схему, сигнализирующую о том, является ли измеряемое напряжение больше или меньше опорного. Если подведенное к другому входу напряжение превышает опорное, то выходное напряжение имеет положительное значение, если меньшее — отрицательное.

Операционные усилители находят применение в многочисленных устройствах. К числу известных схем, содержащих операционные усилители, относятся активные RС-фильтры, которые благодаря соответствующим образом сформированной петле ОС обеспечивают селективное усиление определенной полосы частот, ограничители напряжения, фазовращатели, генераторы прямоугольных и треугольных колебаний, преобразователи ток — напряжение и т. п.

Резонансными усилителями называются усилители, предназначенные для усиления сигналов, спектр которых сосредоточен вблизи средней частоты f0. На рис. 9.1 изображены амплитудные характеристики усилителей обоих типов. Амплитудная характеристика резонансного усилителя находится вблизи средней частоты f0, на которой коэффициент усиления по напряжению Ku/Кu0 является максимальным. Поэтому резонансный усилитель обладает свойством избирательного усиления определенной полосы частот. Отсюда происходит и аналогичное название резонансного усилителя — избирательный усилитель. Термин резонансный усилитель основывается на том, что для получения рассматриваемой амплитудной характеристики используется явление резонанса в контурах, состоящих из индуктивности и емкости. Контуры этого типа требуют настройки на определенную частоту.

Рис. 9.1. Амплитудные характеристики усилителей:

а — нерезонансного; б — резонансного

Как уже упоминалось, они используются в тех случаях, когда предназначенный для усиления сигнал обладает спектром, сосредоточенным вблизи некоторой частоты. Такого рода сигналы чаще всего получают при модуляции (см. гл. 11), заключающейся в «маркировке» колебания несущей частоты (сигнала высокой частоты f0) полезным модулирующим сигналом, например звуковым или изображения. Наложение полезного сигнала на несущее колебание используется в том случае, когда информация передается по кабельному или радиотракту на большие расстояния и для эффективной передачи необходимо использование высокой частоты.

Модулированный сигнал высокой частоты, попадающий на вход приемного устройства, обычно очень слабый, и в связи с этим его необходимо усиливать. Поэтому в, каждом приемнике, радиовещательном, телевизионном или радиолокационном, необходимо использовать резонансный усилитель, предназначенный для усиления несущего сигнала совместно со всем спектром частот, возникающих в процессе модуляции.

Избирательность усилителя определяет его способность исключать нежелательные сигналы. В общем требуется, чтобы усилитель усиливал сигналы в определенной полосе частот, но в то же время не пропускал сигналы, находящиеся вне этой полосы. Если речь идет о максимальной избирательности, то идеальной была бы амплитудная характеристика усилителя прямоугольной формы. Помимо невозможности получить такую характеристику резкие спады характеристики не всегда приемлемы по другим причинам, в частности из-за сопутствующих им фазовых искажений.

Характеристика избирательности изображена на рис. 9.2.

Рис. 9.2. Характеристика избирательности резонансного усилителя

Ширину полосы пропускания В усилителя определяют точки по уровню 3 дБ спада усиления, отмечающие нижнюю и верхнюю граничные частоты, аналогично случаю нерезонансных усилителей. За этими точками характеристика монотонно спадает. На рисунке показана также идеальная прямоугольная характеристика избирательности.

Сторона прямоугольника, параллельная оси частот, обозначает полосу пропускания, в пределах которой усиление не меняется.

Стороны, перпендикулярные оси частот и отмечающие на этой оси граничные частоты, являются пределами, за которыми усиление равно нулю. За количественную меру избирательности, в особенности узкополосного усилителя, часто принимается коэффициент прямоугольности р, определяемый отношением ширины полосы пропускания при уменьшении коэффициента усиления на 3 дБ к ширине полосы при падении коэффициента усиления на 20 дБ. Часто избирательность определяется затуханием на несущих частотах соседних каналов, которые могут являться помехами усиливаемому сигналу.

Ширина полосы частот, занимаемая усиливаемым сигналом, зависит от вида модуляции и полосы частот модулирующего сигнала. С этой точки зрения узкополосным резонансным усилителем является усилитель сигнала с модуляцией звуковым сигналом, а широкополосным — усилитель сигнала с модуляцией сигналом изображения.

Из-за сложностей выполнения резонансного усилителя принципиальное значение при отнесении усилителя к первой или второй группе имеет отношение средней частоты f0 к ширине полосы В. Когда это отношение достаточно велико (больше 10), усилитель считается узкополосным, в противном случае (f0/B < 6) — широкополосным. Более точно указать границу, разделяющую эти две группы усилителей, затруднительно.

В соответствии с указанным определением усилитель, работающий на средней частоте f0 = 600 МГц и имеющий полосу, соответствующую модулирующему сигналу изображения (В = 6 МГц), является узкополосным, а при f0 = 20 МГц — широкополосным. — Прим. ред.

Основными параметрами резонансного усилителя являются коэффициент усиления, форма частотных характеристик, избирательность, а также устойчивость и постоянство работы (рабочих характеристик).