Sintonizado Amplificadores Resumo do capítulo 1
•maior largura de banda de sua.
Aqui está um resumo do material coberto neste capítulo:
A equação da Figura 17-2 é um pouco enganador, pois implica que Q é dependente da freqüência do circuito central e largura de banda.
Características Amplificador Sintonizado Existem muitos tipos de amplificadores sintonizados. Um amplificador sintonizado pode ter uma freqüência de cort cortee infe inferi rior or ( ), uma uma freqüência de corte superior ( ), ou ou ambos. Um Um amplificador ideal atento teria zero ( ) ganhar até até . Ent Então ão o gan ganho ho seri seriaa instantaneamente pular para até atingir , quando seria instantaneamente cair de volta para zero. Todas as freqüências entre e são passados pelo amplificador. Todos os outros são efetivamente interrompido. Este é o lugar onde os termos de banda passante ea banda parar de vir. O ganho do amplificador sintonizado prática não muda instantaneamente, como mostrado na Figura 17-1. Note-se que o valor do mostrado na figura corresponde a um valor
.
Figura 17-1 Ideal versus características da banda prático passar. Há dois princípios básicos que precisamos estabelecer: • Quanto mais próximo de um amplificador sintonizado se aproxima do ideal, o melhor. • Em muitas aplicações, mais estreita a largura de banda, melhor. Como fechar um amplificador sintonizado trata de ter as características características de um circuito ideal depende da qualidade (Q) do circuito. O Q de um amplificador sintonizado é uma figura de mérito que é igual a razão de sua freqüência centro geométrico da sua largura de banda. Pela fórmula:
Na verd verdad ade, e, Q e são são dependentes os valores dos componentes do circuito. Uma Uma vez vez que Q e são são calculados, BW pode ser encontrado a partir
2, ent então ão se se
média algébrica
FIGURA 17-2 Banda versus taxa de roll-off.
e
,
designado . O valor de de é encontrado como
Esta Esta rela relaçã ção o ent entre re e (quando Q 2) é demonstrada no Exemplo 17.3 do texto. Uma maneira rápida de determinar quando Q
O uso destas duas equações é demonstrado em exemplos 17.1 e 17.2, respectivamente, respectivamente, do texto.
apro aproxi xima ma da da
2 é comparar
e BW.
Quand Quando o é que que pelo pelo menos menos duas vezes a largura de banda do cir circu cuit ito, o, ent então ão Q 2. Sintonizado amplificadores podem ser construídas a partir de qualquer componentes discretos (FET e BJT) ou op-amps. Discreta amplificadores sintonizados normalmente empregam LC (indutor-capacitiva) circuitos para determinar a resposta de freqüência. Op-amps são normalmente sintonizado com RC (resistivo-capacitiva) (resistivo-capacitiva) circuitos. Ambos os tipos de circuitos são investigadas nesse capítulo.
Você pode se lembrar que A rela relaçã ção o ent entre re o Q , e BW BW é ilustrada na Figura 17-2. Note-se que quanto menor o Q de um amplificador:
é a média geométrica de e
, enco encont ntra rado do como como
• menor o seu valor de operado em em .
Se o Q de um amplificador sintonizado é maior ou igual a
Filtros Activos Circuitos sintonizados amp-op são geralmente referidos como filtros ativos. Há quatro tipos básicos de filtros ativos: 1. Low-pass filtros passa todas as frequências de 0 Hz
até . 2. 2 filtros de alta passagem de passar todas as freqüências acima de . 3. Band-pass filtros passa todas as freqüências entre e . 4. Notch filtros bloquear todas as freqüências entre e
.
Note-se que os conceitos do PV, Q, e estão principalmente associadas a band-pass e filtros de entalhe. Alta-pass e filtros low-pass são normalmente descritos usando apenas a freqüência de corte único. As curvas de resposta de freqüência para os quatro tipos de filtro são mostrados na Figura 17-3.
FIGURA 17-3 Active curvas de resposta do filtro de freqüência. Há vários termos que são comumente usados para
descrever filtros ativos. O pólo termo significa simplesmente um circuito RC. Um único pólo do filtro tem um circuito RC, de dois pólos do filtro tem dois circuitos RC, e assim por diante. A ordem termo define quantos pólos tem um filtro. Um filtro de segunda ordem tem dois circuitos RC ou postes. A razão pela qual estes termos são importantes porque o número de pólos determina a taxa de ganho do filtro de roll-off. A tabela abaixo ilustra a relação entre os pólos e ganho roll-off taxas para um tipo de filtro Butterworth. ________________________ ________________ Filtro Número Tipo de poloneses Ganho Total Rolloff ________________________ ________________ Primeira ordem de 1 dB 20 / década De segunda ordem de 2 dB 40 / década De terceira ordem de 3 dB 60 / década ________________________ ________________ Três tipos comuns de filtros ativos são o filtro Butterworth, Chebyshev do filtro e filtro de Bessel. O filtro Butterworth é comumente referido como um ser maximamente apartamento
ou flat-filtro plano. Estes nomes se referem ao fato de que é relativamente constante ao longo da faixa de passagem. Butterworth resposta de freqüência será ilustrado na figura 17.7 do texto. O filtro Chebyshev difere da Butterworth de duas maneiras importantes. 1. O ganho não é constante em toda a banda passar. 2. O Chebyshev tem maior taxa inicial roll-off para freqüências fora da faixa de passagem. No entanto, como freqüência de operação se afasta fora da faixa de passagem, os dois filtros possuem as mesmas taxas de roll-off.
desvantagem é sua baixa taxa inicial roll-off. Destes três tipos de filtros, o Butterworth é o mais comumente usado. A comparação dos Butterworth, Chebyshev, Bessel e curvas de resposta é fornecida na Figura 17.9 do texto. Low Pass e High-Pass Filters
Dois filtros Butterworth de um pólo passa-baixa são ilustrados na Figura 17-4. Eles geralmente são de alto ganho ou circuitos seguidores de tensão (ganho unitário). Observe o circuito RC nas entradas. Este circuito RC determina o valor de como segue:
,
Figura 17,8 do texto ilustra a resposta em frequência de um filtro Chebyshev e compara-lo a um Butterworth. Observe a ondulação na banda passante do filtro Chebyshev. O filtro de Bessel é projetado para fornecer uma mudança de fase constante em toda a sua banda passar. Como resultado, tem maior fidelidade (capacidade de reproduzir com precisão uma forma de onda) do que os filtros de Butterworth ou
Figura 17-4 único pólo lowpass filtros ativos. Exemplo 17.4 do texto demonstra o processo de cálculo da largura de banda de um único pólo filtro passabaixa. A curva de resposta para o circuito, neste exemplo é mostrado na
Figura 17,12 do texto. Note que a saída do circuito é 3 baixo em 3dB menos . Dois pólos de filtros passa- baixa . Como afirmado anteriormente, de dois pólos filtro passa-baixa tem um rolo taxa-limite de 40 dB / década. A dois pólos low-pass filtro ativo é mostrado na Figura 17-5. O circuito possui dois circuitos RC, cada uma das quais apresenta um 20 dB / rolloff década para um total de 40 dB / década. O valor de
é
calculado usando
O ganho de tensão do circuito na Figura 17-5 é uma função . O circuito pode ser convertida em uma configuração de ganho unitário, removendo o caminho para o chão.
Existe uma restrição importante em dois pólos filtros ativos. ganho no fim de ter uma resposta Butterworth (flat), o circuito de malha fechada não pode exceder 1,586 (4 dB). Obviamente, um ganho de unidade de filtro não tem nenhum problema satisfazer esta exigência. A variável ganho de filtro (Figura 17-5) é geralmente desenhado com os seguintes critérios: 1. 2. 3. Estas relações são ilustradas no Exemplo 17.5 do texto. Três pólos low-pass filtros ativos . Um três-pólo ativo do filtro é composto de um filtro de um pólo e um filtro de dois pólos. Para que o filtro tenha uma resposta Butterworth, deve atender aos seguintes critérios:
ativos podem ter mais de três pólos. Independentemente do número de pólos, a taxa de rolagem é igual ao número de pólos vezes 20 dB / década. High-PassFilters Active
High-Pass filtros ativos diferem de filtros passa-baixa em dois aspectos. Obviamente, o componente posições são invertidas para que o capacitor está em série com a entrada e limita a operação de baixa freqüência do circuito. Em segundo lugar, os componentes nos circuitos multi-pólo são escolhidos para satisfazer os seguintes critérios: 1. 2. Vários high-pass filtros ativos são ilustrados na Figura 17-6.
ter um valor. 2. O filtro de um pólo deve ter um valor.
FIGURA 17-5 comum de dois pólos filtros passa-baixa.
valor . Uma típica de três pólos filtro passa-baixa é mostrado na Figura 17,16 do texto. Note-se que os filtros
1. Todos os filtros de dois estágios são limitados a um ganho de malha fechada de 4 dB, e todos os filtros de fase única estão limitadas a 2 dB. 2. Os resistores e capacitores devem ser escolhidas de modo que todas as fases têm a mesma frequência de corte. Figuras 17,18 e 17,19 do texto resume as características de passa-alta e passa-baixa filtros ativos. Band-Pass e Notch Filters
1. O filtro de dois pólos deve
Ambos os filtros devem estar sintonizados para o mesmo
passa-baixa filtros múltiplos estágios devem atender a requisitos específicos. Estas exigências de ganho estão resumidas no Quadro 17.1 do texto. Qualquer um dos filtros múltiplos estágios na Tabela 17.1 pode ser construída através de dois pólos e um pólo estágios em cascata. Você só precisa lembrar dois pontos importantes:
FIGURA 17-6 típica high-pass filtros ativos. A fim de manter as características de resposta
filtros passa-banda são concebidos para passar todas as freqüências em suas bandas. Uma maneira comum de construir um filtro passabanda é uma cascata filtro passa-baixa com um filtro passa-alta, como mostrado na Figura 17-7. O filtro passabaixa, determina o valor de
, e filtro passa-alta
determina o valor de
.
4
explicado em detalhes no texto e é ilustrada na Figura 17.3.
para calcular as freqüências de corte depende do Q do circuito. Se o circuito Q 2, então podemos usar:
e
FIGURA 17-7 em dois estágios: filtro passa-banda.
Uma vez que as freqüências de corte superior e inferior são determinados, os valores outro circuito pode ser calculada da seguinte forma:
Se Q <2, as freqüências de corte é calculado usando: Figura 17-8 Um feedback de vários filtro passa-banda.
e A freqüência centro geométrico de um feedback de vários filtro passa-banda pode ser calculado usando:
17,7 exemplo demonstra o uso desta equação. Uma vez A análise de duas fases filtro passa-banda é demonstrada no Exemplo 17.6 do texto. A desvantagem óbvia deste circuito é que ele requer duas op-amps e um grande número de resistores e capacitores. Há uma alternativa: a banda de feedback de vários filtro de passagem. O retorno de vários filtro passa-banda recebe o seu nome do fato de que ele tem duas redes de feedback, como mostrado na Figura 17-
que o valor é determinado, podemos calcular Q usando:
onde .AQe largura de banda de um feedback de vários filtro passa-banda são calculadas em 17,8 Exemplo do texto. Uma vez que esses valores são conhecidos, podemos calcular as freqüências de corte. A abordagem utilizada
Exemplo 17.9 do texto demonstra que as aproximações usadas (quando Q 2) estão perto o suficiente para a maioria das aplicações. Exemplo 17,10 demonstra que este não é o caso quando Q <2. Finalmente, 17,11 Exemplo demonstra como calcular o ganho do circuito para este circuito usando:
Notch Filters
Um filtro de entalhe blocos todas as freqüências dentro da sua largura de banda. Como foi o caso do filtro passa-banda, um filtro notch
uma multi-plataforma como um filtro ou feedback de vários filtros. Figura 17-9 mostra um diagrama de blocos de uma fossa filtro multi-estágio e sua curva de resposta de freqüência. Como você pode ver, o filtro passa-baixa e determina o filtro passa-alta determina. A diferença entre as duas freqüências de corte é a largura de banda do filtro. Note-se que deve ser menor do que o circuito tem uma curva de resposta do entalhe. Figura 17-9 multi-estágio entalhe diagrama de blocos do filtro e curva de resposta. O circuito representado na Figura 17-9 está ilustrada na Figura 17,26 do texto. Como você pode ver que exige muitos componentes. Como foi o caso do filtro passabanda, o entalhe feedback de vários filtro é mais simples de construir. Um entalhe de feedback de vários filtros é mostrado na Figura 17,27. O feedback de várias funções do filtro notch muito parecido com o seu homólogo passabanda, mas com algumas diferenças. Resumidamente, podemos calcular o valor de uso: É também de salientar que, fora da parada de banda. Vários aplicativos Active Filter
Esta seção do capítulo descreve várias aplicações 5 possíveis para filtros ativos. Uma rede crossover é um circuito que divide um sinal de frequência em componentes de áudio de alta e baixa freqüência. As altas freqüências ir a um tweeter e as freqüências de baixo vá para um woofer. Figura 17-10 mostra um diagrama de blocos ilustrando como uma rede crossover poderia ser usado em um sistema de áudio. Figura 17,29 do texto mostra o layout do circuito. FIGURA 17-10 rede C rossover em um sistema de áudio. Um equalizador gráfico é um sistema que foi concebido para lhe permitir controlar a amplitude das diferentes faixas de freqüência de áudio. Um equalizador gráfico simples podem ser construídos como mostrado na Figura 17-11. Embora este circuito usa apenas três filtros passa-banda, mais filtros podem ser utilizados para aumentar a sofisticação do sistema. O ganho de cada filtro passa-banda ou aumenta ou atenua o sinal dentro de sua faixa de freqüência. O componente final é o amplificador somador, que combina os sinais dos vários filtros passa-
banda. Figura 17-11 Um equalizador gráfico simples. Solução de problemas do Active Filter Solução de problemas filtros ativos é relativamente fácil se você tenha em mente que alguns dos componentes do circuito são projetados para determinar a resposta de freqüência do circuito. Tabelas 17,2 por 17,4 da lista de texto os sintomas comuns e as causas de falhas em lowpass, high-pass e filtros passabanda. Quando estiver familiarizado com esses sintomas falha comum, você pode solucionar filtros ativos, fazendo o seguinte: 1. Determine o tipo de filtro. 2. Verifique se o filtro tem um sinal de entrada. 3. Verifique se a carga não falhou. 4. Verifique se ambas as fontes estão funcionando corretamente. 5. Usando as informações contidas nos três tabelas, determinar a origem da falha. 6. Se nenhum dos componentes passivos ou soquetes CI está com defeito, troque o amp-op. Amplificadores discretos Tuned Algumas aplicações exceder a potência e / ou de alta
freqüência limites de opamps. Nestas aplicações, discretos amplificadores sintonizados são comumente usados. amplificadores discretos são normalmente ajustadas usando LC (indutivo, capacitivo) circuitos ressonantes no lugar de seu coletor (ou fuga) resistências. Um circuito como é mostrado na Figura 17-12.
circuito diminui de seu valor máximo, e é indutivo. Quando é superior, a impedância do circuito cai novamente, mas é capacitiva. Quando operado com a impedância do circuito tanque atinge seu valor máximo. Como resultado, o ganho do amplificador sintonizado (Figura 17-12) também está no seu valor máximo.
FIGURA 17-12 amplificador BJT típica atento. A LC paralelo (ou tanque) do circuito determina a resposta de freqüência do amplificador. Como ilustrado na Figura 17,33 do texto, há uma freqüência na qual. Essa freqüência, chamada de freqüência de ressonância, é calculado usando:
FIGURA 17-13 resposta de frequência de um circuito tanque LC. O circuito equivalente de um amplificador sintonizado discreta é mostrado na Figura 17,35 do texto. Exemplo 17,12 demonstra como calcular a freqüência central de um amplificador sintonizado discreta. Como afirmado anteriormente, o Q de um amplificador sintonizado é igual ao rácio entre a BW. Em um amplificador sintonizado discreta, é o Q do circuito LC paralelo que determina o amplificador Q. Uma definição mais precisa do Q é a relação entre a energia armazenada no circuito para a energia perdida por ciclo pelo circuito, o que equivale a relação de potência reativa (energia armazenada por segundo) ao poder de resistência (energia perdida por segundo). Como indutor Q é muito menor do que Q do
Em um circuito ressonante ideal, a corrente indutor atrasa a corrente do capacitor de 180 ° e no circuito de corrente líquida é zero. Como resultado: • A impedância de um circuito ressonante paralelo é extremamente elevado. • O ganho de tensão do amplificador atinge seu valor máximo quando o circuito é operado em. Figura 17-13 mostra a resposta de freqüência de um circuito tanque LC. Quando a frequência de entrada () é inferior, a impedância do
capacitor, o Q geral do circuito tanque é 6 determinada pelo indutor. Pela fórmula: onde está a resistência do enrolamento da bobina. Exemplo 17,13 do texto demonstra como esta equação é utilizada para determinar o Q de um circuito tanque. Uma carga resistiva em um amplificador sintonizado reduz o Q geral do circuito. Conforme mostrado na Figura 17.37a do texto, a carga está em paralelo com o circuito tanque. O primeiro passo para determinar a carga-Q () é calcular um equivalente paralelo para. A derivação para a seguinte equação pode ser encontrada no Apêndice D do texto: está em paralelo com a resistência de carga, como mostrado na figura 17-37b. Por isso, E o Q carregado é encontrado como Exemplo 17,14 do texto demonstra o procedimento usado para calcular carregado Q. Uma vez que o valor de é sabido, a largura de banda do circuito é encontrado usando: como demonstrado no Exemplo 17.15. Uma vez que
os valores de, BW, e são conhecidos, podemos calcular as freqüências de corte utilizando as seguintes equações: Quando: e Quando: e
Amplificadores discretos Tuned: considerações práticas e resolução de problemas É comum ver uma diferença significativa entre as frequências centrais calculados e medidos de um amplificador sintonizado. Duas das razões para a diferença são as seguintes: 1. Indutores e capacitores tendem a ter grandes tolerâncias. 2. Amplificadores tendem a ter muitos capacitâncias "natural" ou vadios, que não são contabilizados nos cálculos de freqüência. Quanto maior a freqüência de operação do circuito, maior será o impacto da capacidade de rua. Um método para superar esses problemas é a inclusão de um indutor variável ou capacitor no circuito. Outro método de ajustar a afinação do circuito está ilustrada na Figura 17,38 do texto. Esta técnica é conhecida como ajuste eletrônico ou varactor. Você deve se lembrar que um
varactor é um diodo que atua como um capacitor variável eletronicamente. Ele é usado para sintonizar o circuito, alterando a tensão aplicada ao varactor (e, portanto, sua capacidade). A falha mais comum nos circuitos sintonizado é desvio de freqüência. Na maioria dos casos este é um resultado do envelhecimento e componentes do circuito podem simplesmente ser reajustado. Se isso não puder ser feito, então um ou ambos os componentes do reservatório deve ser substituído. Se qualquer um indutor ou capacitor estavam a falhar, então o resultado seria muito mais do que um problema simples de deriva. Tabela 17.5 do texto enumera os defeitos e sintomas de um desses componentes não. As características dos amplificadores sintonizados estão resumidos na Figura 17,39 do texto. Amplificadores classe C amplificadores Classe C foram brevemente mencionado no capítulo 11. O transistor em um amplificador classe C conduz a menos de 180 ° do ciclo de entrada. Um amplificador classe C básica é ilustrada na Figura 17-14. FIGURA 17-14 amplificador Classe C. O aspecto mais importante da
operação dc deste amplificador é que é profundamente enviesada de corte, o que significa que e. Se uma fonte negativa é usada para influenciar o circuito de base, o valor de normalmente preenche a seguinte relação: A operação da CA do amplificador classe C é baseado nas características do circuito tanque ressonante paralelo. Se um único pulso corrente é aplicada ao circuito tanque, o resultado é uma forma de onda senoidal decadente (como mostrado na Figura 17.42b do texto). A forma de onda apresentada é resultado do ciclo de carga / descarga do capacitor e do indutor no circuito do tanque, e é normalmente referido como o efeito do volante. Se queremos produzir uma onda senoidal que não decadência, devemos aplicar repetidamente um pulso de corrente durante cada ciclo completo. No pico de cada alternância positiva do sinal de entrada, o circuito do tanque em um amplificador classe C recebe o pulso de corrente é necessário para produzir uma onda senoidal completa na saída. Este conceito é ilustrado na figura 17,43 do texto. Note-se que, e são invertidas na saída em relação à entrada. Isto é
devido ao fato de que um amplificador emissor comum 7 produz uma mudança de 180 ° fase de tensão. Note-se que a largura de banda, Q, e as características de um amplificador classe C são os mesmos para qualquer amplificador sintonizado discretos. Um último ponto sobre o amplificador classe C. Para que este amplificador para funcionar corretamente, o circuito tanque deve ser sintonizado na mesma freqüência do sinal de entrada, ou para alguns harmônicos de que a freqüência. Por exemplo, você pode ajustar o amplificador classe C para o terceiro harmônico da entrada e ter uma saída de três vezes maior em freqüência. Isso significa que o amplificador classe C pode ser usado como um multiplicador de frequências
