Dubbeltrimmad förstärkare

En dubbelavstämd transformator från en radiomottagare mellanfrekvensförstärkare med dess avskärmning kan tas bort

En dubbelavstämd förstärkare är en avstämd förstärkare med transformatorkoppling mellan förstärkarstegen där induktanserna för både primär- och sekundärlindningarna är avstämda separat med en kondensator över varje. Schemat resulterar i en bredare bandbredd och brantare kjolar än vad en enda avstämd krets skulle uppnå.

Det finns ett kritiskt värde på transformatorkopplingskoefficienten där förstärkarens frekvenssvar är maximalt platt i passbandet och förstärkningen är maximal vid resonansfrekvensen . Konstruktioner använder ofta en koppling som är större än denna (överkoppling) för att uppnå en ännu bredare bandbredd på bekostnad av en liten förlust av förstärkning i mitten av passbandet.

Kaskad av flera steg av dubbelavstämda förstärkare resulterar i en minskning av bandbredden för den totala förstärkaren. Två steg av dubbelstämd förstärkare har 80 % av bandbredden för ett enda steg. Ett alternativ till dubbelinställning som undviker denna förlust av bandbredd är förskjuten inställning . Förskjutningsavstämda förstärkare kan utformas till en föreskriven bandbredd som är större än bandbredden för ett enskilt steg. Förskjuten inställning kräver dock fler steg och har lägre förstärkning än dubbeljustering.

Typisk krets

En typisk 2-stegs dubbelstämd förstärkare

Den visade kretsen består av två steg av förstärkare i gemensam emittertopologi . Förspänningsmotstånden fyller alla sina vanliga funktioner . Ingången till det första steget kopplas på konventionellt sätt med en seriekondensator för att undvika att påverka förspänningen. Emellertid består kollektorbelastningen av en transformator som fungerar som mellanstegskoppling istället för kondensatorer. Transformatorns lindningar har induktans . Kondensatorer placerade över transformatorlindningarna bildar resonanskretsar som tillhandahåller inställningen av förstärkaren.

En ytterligare detalj som kan ses i denna typ av förstärkare är närvaron av uttag på transformatorlindningarna. Dessa används för transformatorns in- och utgångsanslutningar snarare än toppen av lindningarna. Detta görs för impedansmatchning ; bipolära junction transistorförstärkare (den typ som visas i kretsen) har en ganska hög utgångsimpedans och en ganska låg ingångsimpedans. Detta problem kan undvikas genom att använda MOSFETs som har en mycket hög ingångsimpedans.

Kondensatorerna anslutna mellan transformatorns sekundärlindningars botten och jord ingår inte i avstämningen. Deras syfte är snarare att koppla bort transistorförspänningsmotstånden från växelströmskretsen .

Egenskaper

Dubbel tuning, jämfört med enkel tuning, har effekten av att bredda förstärkarens bandbredd och göra svaret brantare . Att avstämma transformatorns båda sidor bildar ett par kopplade resonatorer som är källan till den ökade bandbredden. Förstärkarens förstärkning är en funktion av kopplingskoefficienten , k , som är relaterad till den inbördes induktansen , M , och primär- och sekundärlindningsinduktansen , L p _respektive L s _, genom att

$M=k{\sqrt {L_{\mathrm {p} }L_{\mathrm {s} }}}$

Det finns ett kritiskt värde för koppling där förstärkarens förstärkning är maximal vid resonans. Under detta kritiska värde finns det en enda topp i frekvenssvaret med amplituden som toppar vid resonans och toppen minskar när k minskar. Ett sådant svar sägs vara underkopplat. Vid värden på k över kritisk koppling börjar svaret att delas upp i två toppar. Dessa toppar blir smalare och längre ifrån varandra när k ökar och gapet mellan dem (centrerat på resonansfrekvensen) blir allt djupare. Ett sådant svar sägs vara överkopplat.

En kritiskt kopplad förstärkare har en respons som är maximalt platt . Detta svar kan också uppnås utan transformatorer med två steg av en förskjutningsavstämd förstärkare . Till skillnad från förskjuten stämning stämmer dubbelinställning vanligtvis båda resonatorerna till samma resonansfrekvens . En designer kan dock välja att designa en överkopplad förstärkare för att uppnå en bredare bandbredd på bekostnad av en liten dipp (vanligtvis 3 dB för att maximera 3 dB -bandbredden) i mitten av frekvenssvaret.

Precis som vid synkron tuning , minskar bandbredden genom att lägga till fler steg av dubbelstämda förstärkare. Bandbredden 3 dB för n identiska steg, som en bråkdel av bandbredden för ett enda steg, ges ungefär av,

${\sqrt[{4}]{2^{1/n}-1}}$

Detta uttryck gäller endast små bråkdelar av bandbredder.

Analys

Kretsen kan representeras på ett mer generiskt sätt genom att ersätta förstärkarna med en generaliserad transkonduktansförstärkare som visas.

Generisk representation av ett steg i en dubbelstämd förstärkare och en del av följande steg

_om Gi är förstärkarnas ingångskonduktans.

stegnummersuffixen utelämnas),

_g Go är förstärkarnas utgående konduktans

m _är transkonduktansen för förstärkarna

Typiskt kommer en design att göra resonansfrekvenserna och Q:n på primär- och sekundärsidan identiska, så att

$\omega _{0}=\omega _{0\mathrm {p} }={1 \över {\sqrt {L_ {\mathrm {p} }C_{\mathrm {p} }}}}=\omega _{0\mathrm {s} }={1 \över {\sqrt {L_{\mathrm {s} }C_{\ mathrm {s} }}}}$

och,

$Q=Q_{\mathrm {p} }={1 \over L_{ \mathrm {p} }G_{\mathrm {o} }}=Q_{\mathrm {s} }={1 \över L_{\mathrm {s} }G_{\mathrm {i} }}$

₀ där ω är resonansfrekvensen uttryckt i vinkelfrekvensenheter och sänkningarna p och s hänvisar till komponenter på transformatorns primära och sekundära sida.

Scenvinst

Dubbelavstämd förstärkares frekvenssvar för olika kopplingsvärden

Med ovanstående antaganden kan spänningsförstärkningen, A för ett steg av förstärkaren uttryckas som

$A=A_{0}{\frac {2kQ}{4Q\delta -i(1+k ^{2}Q^{2}-4Q^{2}\delta ^{2})}}$

där

$i$ är den imaginära enheten ,

${\displaystyle A_ {0}={\frac {g_{\mathrm {m} }}{2{\sqrt {G_{\mathrm {o} }G_{\mathrm {i} }}}}}} är den maximala vinsten som kan levereras$

av scenen, och

$\delta ={\frac {\omega -\omega _{0}}{\omega _{0}}}$

är frekvensen uttryckt som bråkfrekvensavvikelsen från resonansfrekvensen.

Toppfrekvens

Med mindre än kritisk koppling finns det en topp i svaret som inträffar vid resonans. Ovanför kritisk koppling finns det två toppar vid frekvenser som ges av

$\delta _{\mathrm {H} },\delta _{\mathrm {L} }=\pm {1 \over 2Q}{ \sqrt {k^{2}Q^{2}-1}}$

där δ _L och δ _H är de låga respektive höga frekvenserna för topparna uttryckt som fraktionerad avvikelse.

Med kritisk koppling eller högre når topparna den maximala förstärkningen som är tillgänglig från förstärkaren.

Kritisk koppling

Kritisk koppling uppstår när de två topparna precis sammanfaller. Det vill säga när

$k^{2}Q^{2}-1=0$

eller

$k={1 \över Q}$

Bibliografi

•   Bakshi, Uday A.; Godse, Atul P., Electronic Circuit Analysis , Technical Publications, 2009 ISBN 8184310471 .
•   Bhargava, NN; Gupta, SC; Kulshreshtha DC, Basic Electronics and Linear Circuits , Tata McGraw-Hill, 1984 ISBN 0074519654 .
•   Chattopadhyay, D., Electronics: Fundamentals and Applications , New Age International, 2006 ISBN 8122417809 .
•   Gulati, RR, Monochrome and Color Television , New Age International, 2007 ISBN 8122416071 .