Общая электротехника Однофазный переменный ток Трехфазные цепи Машины постоянного и переменного тока Трансформаторы и выпрямители Электроника Теория электросвязи Анализ электрических цепей Мощность трехфазной цепи

Примеры выполнения курсовых работ по электротехнике и электронике

Нелинейное резонансное усиление.

В предыдущих главах линейные усилители трактовались (обсуждались) как усилители слабых сигналов, при которых амплитуда переменной составляющей тока I1 в активном элементе (например, в цепи коллектора транзистора) составляет небольшую долю от постоянного тока I0, отбираемого от источника питания усилителя.

При этом коэффициент полезного действия КПД, определяемый как отношение мощности выходного сигнала к мощности, потребляемой от источника энергии, весьма мал.

В резонансных усилителях, применяемых в радиоприемных устройствах, отношение I1/I0 настолько мало, что вопрос о КПД вообще не принимается во внимание.

Повысить отношение I1/I0 можно переводом усилителя в режим работы с отсечкой тока, т.е. в нелинейный режим.

Рассмотрим сначала гармонический сигнал на входе усилителя.

Схема нелинейного резонансного усилителя, рис. 5.13.

 


Рис. 5.13. Резонансный усилитель а) и схема замещения коллекторной цепи.

б) Основное отличие – в режиме работы усилительного прибора.

Сдвигом рабочей точки U0 на вольт – амперной характеристике влево и увеличением амплитуды входного колебания Е устанавливается режим работы. С отсечкой тока – коллекторного iк (t) в транзисторном усилителе, рис. 8.10, а.

 


Рис. 8.10. Существенно нелинейный режим работы усилительного прибора.

 


Угол q, соответствующий изменению тока от максимального значения Im до нуля, получил название угла отсечки тока.

Длительность импульсов тока равна 2q (см. рис. 8.10,б). Из рис. 8.10,а очевидно следующее выражение:

cosq=(U1-U0)/E  8.19

Амплитуда тока

Im=a1[E-(U1-U0)]=a1E(1-cosq),  8.20

где а1 – крутизна линейной части вольт – амперной характеристики.

При гармоническом возбуждении нелинейного элемента форма импульса тока в пределах -q<wt<q близка к отсеченной ко синусоиде и если пренебречь кривизной ВАХ на нижнем сгибе (см. рис. 8.10, а), мгновенное значение тока можно выразить уравнением:

 

i(t)=I'm(coswt-cosq), -q<wt<q 8.21

Символом I'm обозначена амплитуда импульса, которая получилась бы при q=p/2.

Так как амплитуда реального импульса Im соответствует моменту wt=0, имеет место соотношение.

Im=i(0)I'm(1-cosq),

откуда  I'm=Im/(1-cosq).

Подставив это выражение в (8.21), получим

 8.22

При q=0 ток вообще равен нулю (нелинейный элемент заперт на протяжении всего периода);

При q=1800 отсечка тока отсутствует и режим работы становится линейным.

При работе с углом отсечки меньше 1800 отношение амплитуды первой гармоники I, к постоянной составляющей I0 больше единицы. Видно, что с уменьшением q отношение

 8.27

растет

где

 

Рассмотрим особенности нелинейного режима, характерные для любого типа усилителя.

Ток i(t) в выходной цепи усилителя при работе с отсечкой имеет импульсную форму, рис. 8.11, и содержит наряду с постоянной составляющей и полезной первой гармоникой ряд высших гармоник, которые должны быть подавлены (отфильтрованы).

 


Эту задачу решает параллельный колебательный контур, настроенный на частоту w0 входного колебания.

При резонансе токов эквивалентное сопротивление параллельного контура Zэкр между точками 1-2 (рас. 5.13) очень велико и является сопротивлением нагрузки усилителя.

По отношению же к высшим гармоникам тока i(t) контур, обладающий достаточно большой добротностью Q, можно рассматривать как короткое замыкание.

Добротность

резонансная частота wr=1/ÖLC

характеристическое сопротивление

затухание aк=1/2RшC

постоянное времени tк=2RшС=1/aк.

В результате, несмотря на искаженную импульсную форму тока i(t), на нагрузочном контуре, как и в линейном усилителе выделяется напряжение, очень близкое к гармоническому.

Установим соотношения между напряжениями и токами основной частоты w0 в нелинейном усилителе.

 


Если не учитывать обратной реакции выходного напряжения на ток I1, т.е. исходить из обобщенной схемы рис. 8.13.

Im=a1E(1-cosq)=I1/a1(q),

Откуда

I1=a1(q)Im=a1(q)(1-cosq)a1E  8.31

Если коэффициент а1 крутизна вольт – амперной характеристики на линейном участке, т.е.

а1=S

тогда

I1=a1(q)(1-cosq)SE  8.31


Преимущества цифровой обработки сигналов