一,、工作原理與雙T電橋的頻率特性
選頻放大器,它從多種頻率的輸入信號(hào)中,,選取所需的一種頻率信號(hào)加以放大下圖所示的方框圖可以構(gòu)成選頻放大電路,,其中方框K是基本放大電路,方框F是選頻負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò),,因此,,選頻放大器實(shí)質(zhì)上是一種具有選頻作用的負(fù)反饋電路。電路的閉環(huán)益為KF=K/(1 FK)式中:K=UO/Ui是開環(huán)增益 F=UF/UO 是反饋系數(shù)
一般用RC選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)選期,圖(b)示出反饋系數(shù)F隨頻率f的變化曲線(頻率特性),,當(dāng)f=fo時(shí),,則F=0。所以,,對(duì)諧振頻率fo來說,,放大電路不存在負(fù)反饋,故KF=K,,此時(shí)放大器的輸出電壓最大,。隨著頻率遠(yuǎn)離fo,F就急速地增加,相應(yīng)的KF也很快衰減至零,,見上圖C因而,,偏離fo點(diǎn)的其它無用頻率的輸出電壓也就很小很小了,至于KF的衰減快慢,,主要是取決于反饋網(wǎng)絡(luò)的選頻特性,,通常用雙T電橋的RC選頻網(wǎng)絡(luò),它在實(shí)際使用中,,最常用的有兩種:
等一種是非對(duì)稱雙T電橋如上圖所示,,假設(shè)電源內(nèi)阻RS=0,負(fù)載RL=00,,則計(jì)算公式如下:諧振角頻率ωO=1/RC-------------------------1式品質(zhì)因數(shù)Q=[1/2(1 a)]=[fo/2△fo.7]---------2式傳輸系數(shù)(反饋系數(shù))的模,、幅角分別為:
---------------------3式φ =arctg1/QY式中:Y=σ-(1/σ)是廣義失諧系數(shù)σ=f/fo是相對(duì)失諧系數(shù)-----------------------4式2△fo.7主為半功點(diǎn)的帶寬由2式可見:對(duì)固定的諧振頻率fo來說,Q越大,,則通頻帶越窄,;反之Q越小,則通頻帶越寬,,因此,,Q的大小可以反應(yīng)出雙T網(wǎng)絡(luò)的選擇性好壞。這種雙T電橋的優(yōu)點(diǎn)是Q較大,,但輸入阻抗低,,輸出阻抗高,與放大器聯(lián)接不便,,由于橋臂參數(shù)不同,,選用和調(diào)節(jié)也帶來麻煩,只有選擇性要求較高,,才使用非對(duì)稱雙T電路,,該電路的輸入、輸出阻抗及相角變化情況請(qǐng)參看最上面的圖其中a通常選用(0.1-0.2)可得到較大的Q值,。第二種是對(duì)稱雙T電路,,如下圖-3所示,,計(jì)算公式如下:
諧振頻率:ω0=
品質(zhì)因數(shù):Q=
顯然,Q與n有關(guān),,當(dāng)n=1時(shí),,則Qmax=0.25,但調(diào)節(jié)不便,為了調(diào)節(jié)方便,,經(jīng)常選用n=0.5,相應(yīng)于三只電阻數(shù)值相等;或選用n=2,,相應(yīng)于三只電容數(shù)值相等,,由于對(duì)稱雙T電橋,在選擇元件和調(diào)整上都比較方便,,故得到廣泛的應(yīng)用,,傳輸特性不對(duì)稱性的校正方法:實(shí)際使用中,由于RS≠O和RL≠OO而且有時(shí)雙T網(wǎng)絡(luò)與放大器使用交流耦合,,例圖4(A)的情況,,信號(hào)源(ES及RS)經(jīng)CS與雙T耦合,由于頻率為零時(shí),,容抗1/ωCS為無限大,,所以F=O;而當(dāng)頻率很高時(shí),,則CS,、C2、C3容抗很小,,此時(shí)F近似為RL/(RL RS),;由于ZS、RL不影響諧振頻率,,仍然在f=fo時(shí),,F(xiàn)=0;因此,,F(xiàn)隨頻率變化的曲線如圖4(B)示,,由圖可見,傳輸特性是不對(duì)稱的
Z3和RL的存在不但使F的幅頻特性畸變,,而且也使它的相頻特性產(chǎn)生不對(duì)稱,,如果在諧振點(diǎn)附近的相移超過π/2,加上某此附加相移的作用,,在這次閉環(huán)放大電路里,,就會(huì)引入正反饋而發(fā)生自激振蕩。為了消除這種不良現(xiàn)象,,在電路圖4(A)的RL兩端并接上電容CL,,在CL的作用下可F的幅相特性得到校正見圖4(B),,理相校正時(shí),應(yīng)滿足下式關(guān)系:R1C1=R2C2=RLCL=RSCSR1R2=(1 n)RLRS如果耦合電容接于負(fù)載端,,則必須在輸入端1,、1’并接電容CS,理想較正條件仍如上式關(guān)系如果,,雙T與放大咕嘟使用直接耦合方式,,則不必接入CS或CL,此時(shí),,F(xiàn)的振幅,、相移特性的對(duì)稱條件可簡化為:R1R2=(1 n)RSRLR1C1=R2C2必須注意:(1)雙T網(wǎng)絡(luò)與放大器直接耦合,雖然選擇性較高,,但直流工作點(diǎn)將受到影響,,調(diào)整因難;(2)要使內(nèi)阻ZS盡量減小及負(fù)載ZL盡量加大,,否則會(huì)明顯地降低雙T的選擇性,,因此基本放大電路應(yīng)前后接入射極跟隨器或源極跟隨器,以滿足雙T網(wǎng)絡(luò)的要求,,(3)在元伯參數(shù)有誤差的影響下,,,也會(huì)破壞了雙T的平衡條件,,使幅頻,、相頻特性發(fā)生變化,因此雙T網(wǎng)絡(luò)的元件應(yīng)按照具體要求,,必須經(jīng)嚴(yán)格選出溫度特性好,,工作穩(wěn)定的元件,并要進(jìn)行老化
圖4(A)
圖4(B)
圖4(C)
二,、雙T電橋與放大器的連接方式
雙T電橋與放大器的連接方式見下表
第一類
電路
特點(diǎn)
雙T反饋電壓UF與輸入信號(hào)Ui同時(shí)加入放到放大器的輸入端,,Ui加到BG1的發(fā)射極,而UF加到基極,,屬串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路,,電路的閉環(huán)增益為KF=K/(1 FK),諧振時(shí),,因F=0,,故KF=K=最大;嚴(yán)重失諧時(shí),,因FK>>1,,故K=1/F≈1
UF和Ui同時(shí)加入到BG1的基極,屬于并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路,,使用這種聯(lián)接方式時(shí),,要求信號(hào)源內(nèi)阻RS足夠大,,否則雙T電橋因負(fù)載太小會(huì)明顯地降低選擇性,該電路的閉環(huán)增益與上述電路相同,,
第二類
UF加入至基本放大電路的中間級(jí)BG1的基極,,使UF比Ui多了一級(jí)放大,即UF經(jīng)BG1,、BG2,、BG3三級(jí)放大,而Ui經(jīng)BG2,、BG3兩級(jí)放大,。電路的閉環(huán)益為KF=K/(1 K1F),諧振時(shí)因F=0,,故KF=K=最大,嚴(yán)重失諧時(shí),,因FK1>>1,,故KF=K/K1<1。因此,,從減小失諧時(shí)的最小輸出電壓來說,,它比第一類電路好。
第三類
輸入信號(hào)Ui接于雙T電橋并臂C3R3與地之間,,使Ui既作用于BG1的輸入端,,又作用于BG2的輸出端,使電路的閉環(huán)益變?yōu)镵F=(1-F)K/(1 KF),,諧振時(shí),,因F=0,故KF=K=最大,;嚴(yán)重失諧時(shí),,因F.K>>1及F≈1,故KF=0,,從嚴(yán)重失諧時(shí)的最小輸出電壓來說,,這種電路最好,但調(diào)節(jié)麻煩
三,、實(shí)用電路分析與調(diào)整方法1,、電路分析
圖5為固定頻率的晶體管選頻放大電路,諧振頻率是100赫,,通頻帶小于6赫,,諧振點(diǎn)的增益|KF|=70,它屬于第一類選頻放大電路,,BG1,、BG2組成共射放大電路,,輸入信號(hào)Ui與反饋電壓UF分別加于兩管的基極[UF先經(jīng)射隨器BG4再送到BG2基極],其作用是:一方面增加選頻放大電路的輸入電阻,,另一方面可使雙T的負(fù)載電阻[即BG4的輸入電阻]增加,,以消除輸入信號(hào)源內(nèi)阻RS對(duì)雙T的影響,BG3也是射隨器,,它使雙T的電源內(nèi)阻減小,,從而提高了電路的選擇性,雙T電橋?yàn)榉菍?duì)稱型,,它與放大電路交流耦合,,故用CL來校正幅頻相頻特性的對(duì)稱性。
圖5
2,、調(diào)整方法
為了降低對(duì)電阻精度的要求和便于調(diào)虎離山節(jié),,R2(或R3)分別用一只固定電阻R’2(或R’3)和電位器R’2(或R’3)組成,電位器數(shù)值為R2(或R3)的10-20%為宜[若固定電阻,,誤差是5%],,然后按要求精度來選電容。
圖6
調(diào)整步驟(1)按圖6電路雙T網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行粗調(diào),,信號(hào)源選頻率100赫,,輸入電壓大于2伏,然后反復(fù)調(diào)電位器R’2和R’3務(wù)必使輸出電壓最小,,對(duì)于定點(diǎn)頻率的雙T網(wǎng)絡(luò),,使Fmin=0.002是不因難的(即衰減54分貝)注意在圖5電路中,對(duì)雙T網(wǎng)絡(luò)來說,,右邊為輸入端,,左邊為輸出端,另外,,信號(hào)源的非線性失真要小,,否則很難使Fmin=0.002.(2)調(diào)放大器的直流工作點(diǎn),由于基本放大電路是直接耦合放大器,,各級(jí)工作點(diǎn)彼此有牽連,,所以只要調(diào)節(jié)偏置Rb1、Rb2使Ue3為6-7伏即可,。(3)調(diào)放大器的無反饋(開環(huán))增益,,從BG1基極輸入信號(hào)(f=100和赫)調(diào)節(jié)輸入幅度,使輸出波形不失真,,并求K=UO/Ui=70,,若K>70,則減小Re2;反之,,若K<70,可增加Rc2,,直至K=70為止,。(4)雙T電橋細(xì)調(diào)拉入雙T電橋,因雙T已調(diào)準(zhǔn)于f=100赫及Fmin≈0的,,又因雙T的輸入阻抗比放大器的輸出阻抗大很多,,所以接入雙T電橋后,對(duì)諧振點(diǎn)來說,,負(fù)反饋為零,。因此,應(yīng)該不影響放大器的增益,,根據(jù)這個(gè)道理,,若接入雙T網(wǎng)絡(luò)后,K略小于70(因雙T總有點(diǎn)負(fù)載效應(yīng)),,則說明電路是正常工作的,;若接入雙T網(wǎng)絡(luò)后,K大于70,,則說明雙T在諧振點(diǎn)處引入正反饋,,這時(shí)應(yīng)調(diào)大R’3,使K減小至70,;反之當(dāng)接入雙T網(wǎng)絡(luò)后,K減小較大,,則說明了雙T在諧振處Fmin≠O,,故引入負(fù)反饋,致使K減小,,此時(shí)可適當(dāng)調(diào)小R’3,,務(wù)使K增大到70為止。在調(diào)試過程中,,如果發(fā)現(xiàn)自激現(xiàn)象,,則應(yīng)首先把自激消除后,再進(jìn)行調(diào)試,,有三類自激振蕩1,、諧振點(diǎn)附近的自激,因?yàn)樵趂o附近雙T電橋產(chǎn)生正反饋,,可調(diào)節(jié)R3使自激消除,,2、在極低頻率附近(約幾赫)時(shí),,是由于雙T網(wǎng)絡(luò)的幅頻相頻特性不對(duì)稱,,加上極低頻率時(shí),放大器的耦合電容或旁路電容會(huì)引入附加相移,,從而構(gòu)成了正反饋,,因此,,消除這類自激振蒎,可以改用直耦放電路或?qū)Ⅰ詈想娙?、旁路電容的?shù)值減少,,尤其要注意雙T網(wǎng)絡(luò)與放大器的耦合電容C4的影響;3,、高頻自激振蕩(約幾十千赫)消除方法是收縮放大器的通頻帶,,使高端增益訊速地衰減,例如圖5電路中接入Cm,,使BG2的負(fù)載變?yōu)镽2與Cm并聯(lián),,選取Cm的數(shù)值,使其在低頻時(shí),,Cm不起作用,,而在自激頻率附近,造成了BG2的阻抗突然急劇地減小,,從而使自激消除,。