Какой резонансный усилитель наиболее простой?
Наипростейшей схемой резонансного усилителя является схема с одиночным резонансным контуром, включенным непосредственно в выходную цепь активного элемента. На рис. 9.3 представлены ламповый и транзисторный усилительные каскады, нагруженные параллельным резонансным контуром. По виду они не отличаются от нерезонансного усилительного каскада. Единственное отличие заключается в использовании резонансного контура в качестве нагрузки.
Рис. 9.3. Ламповый (а) и транзисторный (б) усилительные каскады с одиночным резонансным контуром
Так же как и для нерезонансного усилителя, коэффициент усиления каскада зависит от крутизны характеристики активного элемента S и сопротивления нагрузки Z (Кu = S·Z). Поскольку крутизна имеет постоянное значение, вид коэффициента усиления от частоты определяется исключительно зависимостью сопротивления Z от частоты.
На рис. 9.4 показана зависимость сопротивления контура Z, а следовательно, и коэффициента усиления каскада от частоты. Из рисунка видно, что зависимость аналогична характеристике параллельного резонансного контура, состоящего из индуктивности L и параллельно подключенной к ней емкости С. Эта емкость состоит из емкости конденсатора и суммы емкостей: выходной активного элемента, входной емкости следующего каскада, собственной емкости катушки индуктивности и емкостей рассеяния.
Рис. 9.4. Зависимость сопротивления Z параллельного резонансного контура от частоты
Максимум усиления имеет место на резонансной частоте контура (f0 = 1/2π√(L·C)) и составляет
Кu = — Sω0LQэф
где ω0 = 2πf0 — резонансная круговая частота; Qэф — результирующая добротность контура. Знак минус обозначает инверсию фазы выходного напряжения на 180° относительно входного.
Из приведенной зависимости следует, что усиление прямо пропорционально результирующей добротности контура Qpeз. Результирующая добротность контура Qpeз равна собственной добротности резонансного контура, уменьшенной из-за затухания, связанного с выходным сопротивлением активного элемента, и подключенного дополнительного гасящего сопротивления.
От результирующей добротности Qpeз зависит также избирательность усилителя. Из рис. 9.5 следует, что чем больше добротность, тем «острее» резонансная кривая и тем усилитель более избирателен.
Рис. 9.5.Амплитудная характеристика усилителя с одиночным резонансным контуром при разных значениях его добротности Q
Ширина полосы пропускания усилителя В или 2Δf соответствующая снижению усиления на 3 дБ, обратно пропорциональна добротности Qэф:
2Δf = В = f0/Qpeз
Следовательно, чем больше добротность Qpeз, тем уже полоса пропускания усилителя, но одновременно больше усиление. Подключая параллельно резонансному контуру сопротивление R, можно регулировать его добротность и тем самым влиять на ширину полосы пропускания усилителя. При этом не следует забывать, что коэффициент усиления также подвергается изменению. В связи с этим в случае широкополосных усилителей номинальное усиление на каскад получается меньшим.
Можно ли усилитель с одиночным контуром непосредственно сопрягать со следующим каскадом?
Помимо сложностей, связанных с разделением постоянных напряжений, действующих во входной и выходной цепях, не всегда можно подвести к следующему каскаду все переменное напряжение, действующее на резонансном контуре. Для ламп это возможно. Используя конденсатор связи с достаточно большой емкостью, такой, чтобы его емкостное сопротивление было малым на рабочей частоте усилителя, мы передаем все переменное напряжение, действующее на резонансном контуре, на сетку следующего каскада (рис. 9.6).