рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Нелинейное резонансное усиление сигналов

Нелинейное резонансное усиление сигналов - раздел Изобретательство, Теоретические основы радиотехники     Усилитель – Это Устройство, Преобразующее Эне...

 

 

Усилитель – это устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию сигнала. Управление преобразованием осуществляется входным сиг-


налом


sвх (t )


усилителя. При этом на выходе усилителя формируется сигнал


sвых (t −τ) = K sвх (t ), повторяющий форму входного сигнала, но больший по


величине (K >1) и с запаздыванием во времени при τ


> 0.


 
Процесс преобразования реализуется активными усилительными элемен- тами, в качестве которых чаще всего используют транзисторы (транзисторные усилители). Для решения специфических задач применяют также ламповые усилители – для получения больших мощностей, квантовые усилители – в оп- тическом диапазоне волн, параметрические малошумящие усилители и др. Кроме усилительных элементов, в схеме усилителя имеются элементы, обеспе- чивающие необходимый режим его работы.

Схема резонансного усилителя на транзисторе приведена на рис. 8.1,а. Ам- плитудно-частотная характеристика такого усилителя определяется характери- стикой колебательного контура. Избирательные свойства контура наиболее полно проявляются лишь при условии, что выходное сопротивление усилителя и сопротивление нагрузки не оказывают шунтирующего действия на контур. Для этого применяют включение транзистора к части индуктивности контура и автотрансформаторное подключение нагрузки во вторичной цепи выходного трансформатора (рис. 8.1,б).


 

а б

 

 

Рис. 8.1. Схемы резонансных усилителей

 

 

Различают усиление в линейном режиме (режим слабых сигналов, или ли- нейное усиление) и в нелинейном режиме (режим сильных сигналов, или нели- нейное усиление). Рассмотрим некоторые параметры усилителя в этих режи- мах.

8.1.1. Усиление в линейном режиме

 

 

Для усиления в линейном режиме рабочая точка на вольт-амперной харак- теристике выбирается так, чтобы входной сигнал не выходил за пределы ли- нейного участка характеристики (рис. 8.2,а). В этом случае изменение коллек- торного тока линейно повторяет изменение входного сигнала. Выбрав соответ- ствующим образом сопротивление нагрузки, можно получить выходной сигнал по мощности больший, чем входной.

 

 

Рис. 8.2. Режимы работы резонансного усилителя

 

 

Как видно из рис. 8.2,а, ток коллектора при гармоническом сигнале на вхо-

де содержит две гармонические составляющие: на частоте входного сигнала c


амплитудой


I1 и на нулевой частоте (постоянная составляющая) величиной


I 0 .


Полезной является только первая составляющая коллекторного тока. В то же время амплитуда ее может быть значительно меньше величины постоянной со- ставляющей. Коэффициент полезного действия усилителя в этом режиме равен


η = P1

P0


= 0,5I1 ,

I0Ek


где


P1 = 0,5I 2


– полезная мощность, выделяемая в нагрузке усилителя;


P0 = I0 Ek


– мощность, потребляемая от источника питания.


Приведенное выражение свидетельствует, что коэффициент полезного действия усилителя в этом режиме не может превысить 0,5 даже в лучшем слу-


чае, когда амплитуда выходного напряжения

она никак не может).


U1 = I1


= Ek


(а превысить его


Ток в коллекторной цепи протекает в течение всего периода, угол отсечки


тока равен π , величина постоянной составляющей


I0 тока не зависит от ампли-


туды сигнала. В течение всего периода сигнала потребляется одна и та же мощ-

ность, что и приводит к непроизводительному расходу энергии.

 

 

8.1.2. Усиление в нелинейном режиме

 

 

Для повышения энергетических показателей усилителя используют нели- нейный режим усиления. Схема усилителя, работающего в этом режиме, прак- тически не отличается от схемы линейного усилителя, т.к. необходимый режим обеспечивается только выбором рабочей точки ВАХ. Принцип формирования тока коллектора в резонансном усилителе на транзисторе в этом режиме пока- зан на рис. 8.2,б.

Рассмотрим некоторые параметры нелинейного резонансного усилителя мощности, схема которого приведена на рис. 8.1,a.

1. Параметры выходного сигнала.

Ток коллектора (выходной ток) имеет импульсную форму. Спектр импуль- сов тока содержит бесконечное число гармонических составляющих кратных частот с амплитудами, определяемыми выражениями

Ik (θ) = Imαk (θ) = SEαk (θ)(1− cosθ).

Колебательный контур в коллекторной цепи, настроенный на частоту уси-

ливаемого сигнала и имеющий высокую добротность, подавляет все гармоники,

кроме первой. Следовательно, амплитуда напряжения на выходе будет равна


Uвых (θ) = I1(θ)R0


= SER0α1(θ)(1− cosθ),


или

 

где


Uвых (θ) = Sср (θ)ER0 ,

R0 – резонансное сопротивление контура усилителя;


 

Sср


(θ) =


I1(θ) = Sα

E 1


(θ)(1− cosθ)


 

– средняя крутизна характеристики для


первой гармоники тока.


2. Коэффициент усиления усилителя.

Зависимость коэффициента усиления резонансного усилителя от угла от-

сечки определяется выражением


K(θ) = Uвых(θ) =

E


SER0α1 (θ)(1− cosθ) = K

E


0α1


(θ)(1− cosθ),


где


K0 = SR0


– максимальное значение коэффициента усиления (на резонанс-


ной частоте).

График зависимости коэффициента усиления от угла отсечки приведен на рис. 8.3.

С увеличением угла отсечки от 0 до π коэффициент усиления растет. Если


усилитель закрыт, то θ


= 0, αk (θ) = 0, ток коллектора равен нулю и


K (θ) = 0.


При θ


= 0,5π


коллекторный ток имеет форму периодической последовательно-


сти импульсов,


αk (θ) = 0,5 и


K (θ) = 0,5K0 . При


θ =π


коллекторный ток по-


вторяет форму входного сигнала, усилитель работает в линейном режиме и

K (θ) = K0 .

3. Коэффициент полезного действия (КПД) усилителя.

Коэффициент полезного действия усилителя в этом режиме определяется выражением


η(θ) =


P1 (θ)

P0 (θ)


= 0,5I1 (θ)Uвых(θ),

I0 (θ)Ek


где


P1 (θ)

P0 (θ)


– мощность, выделяемая в контуре первой гармоникой спектра тока;

– мощность, потребляемая от источника питания.


Учитывая, что


I1 (θ) = I mα1 (θ) и


I 0 (θ) = I mα0 (θ) , получаем


η(θ) = 0,5


α1 (θ)

α0 (θ)


Uвых(θ).

Ek


При полном использовании коллекторного напряжения

этом случае


Uвых (θ) = Ek . В


η(θ) = 0,5


α1 (θ) .

α0 (θ)


Воспользуемся выражением (7.2) для коэффициентов Берга. Тогда


η(θ)= 0,5


θ −sin θ cosθ .


sin θ


− θ cosθ


График зависимости


η(θ), т.е. зависимости коэффициента полезного дей-


ствия резонансного усилителя от угла отсечки, представлен на рис. 8.3.


 

Рис. 8.3. Зависимость коэффициента усиления и КПД резонансного усилителя от угла отсечки

 

 

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Для увеличения коэффициента полезного действия усилителя необходи- мо устанавливать режим работы (рабочую точку, амплитуду входного сигнала), который обеспечивал бы уменьшение угла отсечки. Однако в этом случае уменьшается амплитуда первой гармоники (см. графики коэффициентов Бер- га), что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Следует искать ком- промисс между этими двумя параметрами. Так, например, в случае необходи- мости иметь значительный коэффициент усиления, угол отсечки можно довести


до 120 0 . При данном угле отсечки коэффициент


α1(θ) = max . Коэффициент


полезного действия при этом снижается.

2. При усилении амплитудно-модулированного колебания величина угла отсечки должна быть такова, чтобы сохранилась линейная зависимость ампли-


туды первой гармоники


I1 от амплитуды входного сигнала. Очевидно, что дан-


ное условие будет обеспечено при угле отсечки θ


= 900. Заметим, что при уси-


лении сигнала с угловой модуляцией можно пренебречь влиянием величины угла отсечки на структуру сигнала.

3. С энергетической точки зрения усиление в нелинейном режиме более выгодно, чем в линейном. Если в линейном режиме при полном использовании коллекторного напряжения КПД усилителя не может превысить 0,5, то в нели-


нейном режиме в случае, если


θ = 900 , КПД может достигнуть величины


0,5π


2 , т.е. быть примерно в 1,5 раза выше. Кроме того, в этом режиме отсут-


ствует непроизводительный расход энергии во время пауз между импульсами коллекторного тока.

 

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Теоретические основы радиотехники

Учреждение образования.. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники.. Кафедра радиотехнических устройств..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Нелинейное резонансное усиление сигналов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Радиотехника и информатика
    Для современного общества важнейшей является проблема использования информационных технологий во всех сферах человеческой деятельности. По своей значимости и актуаль

Диоинформатика
Информационный аспект работы любой системы предполагает использо- вание определенного материального носителя информации. Физический про- цесс, являющийся функцией некоторых параметров и используемы

Передающее устройство
Передающее устройство осуществляет преобразование передаваемого со- общения и приведение его к виду, пригодному для передачи в свободное про- странство с помощью антенн. С этой целью в состав устро

Приемное устройство
Высокочастотные радиосигналы, улавливаемые приемной антенной, по- ступают в приемное устройство. Приемное устройство осуществляет соответст- вующие преобразования принятого высокочастотного сигнала

Проблемы обнаружения и оптимальной обработки сигналов
Одной из основных задач радиолокационного приема является задача об- наружения. Суть этой задачи – определить, содержит ли принимаемое колеба- ние отраженный сигнал. Задача статистическая, то есть

Проблемы оптимизации и адаптации
Проблемы оптимизации и адаптации решаются при проектировании и экс- плуатации РТС. При оптимизации синтезируют наилучшую в определенном смысле функциональную и алгоритмическую структуру РТС, опирая

Математические модели сигналов
Для того чтобы сигналы являлись объектами теоретического изучения и анализа, необходимо иметь их математические модели. Математическая модель сигнала – это формализованное его представление в

Дельта-функция
Дельта-функция (δ -функция, функция Дирака) – это математическая мо- дель реально не существующего сигнала, который имеет бесконечную по вели- чине амплитуду и нулевую д

Функция единичного скачка
τ → 0τ Функция единичного скачка (функция Хевисайда) описывает процесс рез- кого (мгновенного) перехода ф

Характеристики сигналов
    Для сигнала, существующего в интервале ∆t = t2 −t1 , наиболее важными являются следующие характерис

Геометрические методы в теории сигналов
    В теории множеств имеется понятие действительного векторного про- странства, под которым понимается непустое множество V , для элементов ко- торого опр

Определение спектров некоторых сигналов
    3.4.1. Спектр колоколообразного (гауссова) импульса       Сигнал, описываемый функцией вида

Корреляционный анализ сигналов
    3.5.1. Общие положения     При решении многих задач оптимальной обработки сигналов возникает потребность определять степе

Свойства взаимокорреляционной функции
1. Значения R12 (τ) и R 21(τ) не изменятся, если вместо задержки сигнала s2 (t ) или

Дискретизация и восстановление сигналов по теореме отсчетов
(теореме Котельникова)     3.6.1. Теорема Котельникова     В настоящее время широко применяются циф

Рез равные промежутки времени
∆t ≤1 2 f m . Справедливость теоремы подтверждается тем, что сигнал s(t), спектр ко- торог

Определение коэффициентов ряда
    Значение коэффициентов Ck   определим, пользуясь формулой Ck = ∞  

Радиосигналы с амплитудной модуляцией
    4.2.1. Амплитудно-модулированные сигналы     Амплитудная модуляция (АМ; английский термин – amplitude modulation) являетс

Радиосигналы с угловой модуляцией
    4.3.1. Общие сведения об угловой модуляции     При угловой модуляции (английский термин – angle modulation) происхо- дит изменен

Импульсная модуляция
    4.4.1. Виды импульсной модуляции     В рассмотренных выше видах модуляции (АМ, ФМ, ЧМ) носителем пере- даваемой информаци

Узкополосные сигналы
    4.5.1. Общие сведения об узкополосных сигналах     В различных системах передачи информации широко применяются радио- сиг

Основные характеристики линейных цепей
    5.2.1. Характеристики в частотной области     Спектральное представление сигналов делает весьма удобным их анализ в часто

Дифференцирующая и интегрирующая цепи
    На рис. 5.1,а представлена схема линейного четырехполюсника в виде по- следовательной RC -цепи с постоянной времени τ = RC

Фильтр нижних частот
    В качестве фильтра нижних частот во многих радиотехнических устройст- вах (выпрямителях, детекторах и др.) применяется схема, изображенная на рис. 5.3,а. Ча

Параллельный колебательный контур
    Параллельный колебательный контур – это частотно-избирательная цепь, образованная параллельным соединением индуктивности L и емкости C . Ак-

Усилители
    Для увеличения мощности сигналов с сохранением их формы используют усилители. Принцип действия усилителей основан на преобразовании энергии источника питания в энерг

Область нижних частот
В области нижних частот сопротивление емкости xc =1 ωC     имеет боль- шое значение по сравнению со значения

Область верхних частот
В области верхних частот сопротивления емкостей уменьшаются по срав- нению с их значениями в области нижних и средних частот. Поэтому шунти- рующим действием емкостей

Положительная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ , где k – целое число, т.е. при поступлении на вход основной цепи сигнала

Отрицательная обратная связь
Обеспечивается при условии ϕ(ω)+ϕβ (ω) = (2k +1)π , т.е. при поступле- нии на вход основной цепи сигнала обратной связи в проти

Реактивная и комплексная обратная связь
Реактивная обратная связь устанавливается при условии ϕ(ω) +ϕβ (ω) = 2kπ +π

Постановка задачи
    Анализ любой радиотехнической цепи сводится к установлению зависимо- сти между входным сигналом и сигналом, формируемым на выходе. В общем случае радиотехническая це

Точные методы анализа линейных цепей
    6.2.1. Классический метод     Классический метод основан на составлении и решении линейного диффе- ренциального уравнения

Прохождение периодического сигнала через линейную цепь
Спектр периодического сигнала определяется путем разложения сигнала в ряд Фурье, комплексная форма которого имеет вид ∞     1 T 2

Прохождение непериодического сигнала через линейную цепь
Спектр непериодического сигнала (спектральная плотность) определяется путем вычисления прямого преобразования Фурье ∞ S( jω) = ∫

Приближенные методы анализа линейных цепей
    6.3.1. Приближенный спектральный метод     Приближенный спектральный метод применяется в случае, если эффек-

Суть метода
Рассматриваем прохождение сигнала с частотной модуляцией через узко- полосную цепь. Выходной сигнал определяется для фиксированного значения частоты ω(t

Прохождение амплитудно-модулированного сигнала через избирательную цепь
    Определим сигнал, формируемый резонансным усилителем, при поступле- нии на его вход АМ–сигнала с тональной модуляцией. Частотная характеристика рез

Свойства и характеристики нелинейных цепей
    При проектировании большинства радиотехнических устройств возникает необходимость преобразования спектра полезного сигнала. К их числу относят- ся устройства, которы

Способы аппроксимации характеристик нелинейных элементов
Характеристики реальных нелинейных элементов, которые определяют обычно с помощью экспериментальных исследований, имеют сложный вид и представляются в виде таблиц или графиков. В то же время д

Методы анализа нелинейных цепей
    Используются следующие методы анализа нелинейных цепей: 1. Аналитические. Позволяют в каждом конкретном случае получить ча-

Общее решение задачи анализа нелинейной цепи
    Рассмотрим процессы, происходящие в безынерционном нелинейном уст- ройстве, характеристика которого представлена на рис. 7.2. На вход устройства поступает гармоничес

Определение спектра тока в нелинейной цепи при степенной аппроксимации характеристики
    7.5.1. Гармонический сигнал на входе     Предположим, что рабочий участок характеристики нелинейного элемента описывается

Определение спектра тока в нелинейной цепи при кусочно-линейной аппроксимации характеристики
    При воздействии на нелинейный элемент сигнала с большой амплитудой и выборе рабочей точки на нижнем изгибе вольт-амперной характеристики целе- сообразно применить ме

Умножение частоты
В передающих и приемных трактах систем связи, а также в некоторых из- мерительных устройствах широко применяется нелинейное преобразование гармонического колебания, в результате которого часто

Амплитудная модуляция
    8.3.1. Общие сведения об амплитудной модуляции     Амплитудная модуляция – это процесс формирования амплитудно-моду- лиро

Амплитудное детектирование
    8.4.1. Общие сведения о детектировании     Детектирование (демодуляция) – это процесс преобразования высокочас- тотного м

Выпрямление колебаний
    8.5.1. Общие сведения о выпрямителях     Радиотехнические устройства выполняют свои функции при наличии энер- гии, поступ

Угловая модуляция
    8.6.1. Общие принципы получения сигналов с угловой модуляцией     Радиосигналы с угловой модуляцией имеют вид

Детектирование сигналов с угловой модуляцией
    8.7.1. Общие принципы детектирования сигналов с угловой модуляцией     Радиосигналы с угловой модуляцией, имеющие вид

Преобразование частоты
    8.8.1. Принцип преобразования частоты Преобразование частоты сигнала – это процесс, который обеспечивает ли- нейный перенос спектра сигнала на о

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги