Amplificatori sintonizzati
I tipi di amplificatori che abbiamo discusso finora non possono funzionare efficacemente alle frequenze radio, anche se sono buoni alle frequenze audio. Inoltre, il guadagno di questi amplificatori è tale da non variare in base alla frequenza del segnale, su un'ampia gamma. Ciò consente l'amplificazione del segnale altrettanto bene su una gamma di frequenze e non consente la selezione di una particolare frequenza desiderata rifiutando le altre frequenze.
Quindi, si verifica la necessità di un circuito che possa selezionare oltre che amplificare. Quindi, un circuito amplificatore insieme a una selezione, come un circuito sintonizzato, crea unTuned amplifier.
Cos'è un amplificatore sintonizzato?
Gli amplificatori sintonizzati sono gli amplificatori utilizzati allo scopo di tuning. Tuning significa selezionare. Tra un insieme di frequenze disponibili, se si verifica la necessità di selezionare una particolare frequenza, rifiutando tutte le altre frequenze, viene chiamato tale processoSelection. Questa selezione viene eseguita utilizzando un circuito chiamato comeTuned circuit.
Quando un circuito amplificatore ha il suo carico sostituito da un circuito sintonizzato, tale amplificatore può essere chiamato come a Tuned amplifier circuit. Il circuito dell'amplificatore sintonizzato di base appare come mostrato di seguito.
Il circuito del sintonizzatore non è altro che un circuito LC che è anche chiamato resonant o tank circuit. Seleziona la frequenza. Un circuito sintonizzato è in grado di amplificare un segnale su una banda ristretta di frequenze centrate sulla frequenza di risonanza.
Quando la reattanza dell'induttore bilancia la reattanza del condensatore, nel circuito sintonizzato a una certa frequenza, tale frequenza può essere chiamata come resonant frequency. È indicato dafr.
La formula per la risonanza è
$$ 2 \ pi f_L = \ frac {1} {2 \ pi f_c} $$
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
Tipi di circuiti sintonizzati
Un circuito sintonizzato può essere un circuito sintonizzato in serie (circuito risonante in serie) o un circuito sintonizzato in parallelo (circuito risonante parallelo) in base al tipo di connessione al circuito principale.
Circuito sintonizzato in serie
L'induttore e il condensatore collegati in serie formano un circuito sintonizzato in serie, come mostrato nello schema del circuito seguente.
Alla frequenza di risonanza, un circuito risonante in serie offre una bassa impedenza che consente il passaggio di corrente elevata. Un circuito risonante in serie offre un'impedenza sempre più elevata alle frequenze lontane dalla frequenza di risonanza.
Circuito sintonizzato in parallelo
L'induttore e il condensatore collegati in parallelo formano un circuito sintonizzato in parallelo, come mostrato nella figura seguente.
Alla frequenza di risonanza, un circuito risonante parallelo offre un'alta impedenza che non consente il passaggio di corrente elevata. Un circuito risonante parallelo offre un'impedenza sempre più bassa alle frequenze lontane dalla frequenza di risonanza.
Caratteristiche di un circuito sintonizzato in parallelo
La frequenza alla quale si verifica la risonanza parallela (cioè la componente reattiva della corrente del circuito diventa zero) è chiamata frequenza di risonanza fr. Le caratteristiche principali di un circuito sintonizzato sono le seguenti.
Impedenza
Il rapporto tra la tensione di alimentazione e la corrente di linea è l'impedenza del circuito sintonizzato. L'impedenza offerta dal circuito LC è data da
$$ \ frac {Supply \: voltage} {Line equation} = \ frac {V} {I} $$
Alla risonanza, la corrente di linea aumenta mentre l'impedenza diminuisce.
La figura seguente rappresenta la curva di impedenza di un circuito di risonanza parallelo.
L'impedenza del circuito diminuisce per i valori sopra e sotto la frequenza di risonanza fr. Quindi è possibile la selezione di una particolare frequenza e il rifiuto di altre frequenze.
Per ottenere un'equazione per l'impedenza del circuito, consideriamo
Corrente di linea $ I = I_L cos \ phi $
$$ \ frac {V} {Z_r} = \ frac {V} {Z_L} \ times \ frac {R} {Z_L} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {Z_L ^ 2} $$
$$ \ frac {1} {Z_r} = \ frac {R} {L / C} = \ frac {CR} {L} $$
Da allora, $ Z_L ^ 2 = \ frac {L} {C} $
Pertanto, l'impedenza del circuito Z r si ottiene come
$$ Z_R = \ frac {L} {CR} $$
Pertanto, a risonanza parallela, l'impedenza del circuito è uguale a L / CR.
Corrente del circuito
Alla risonanza parallela, il circuito o la corrente di linea I è data dalla tensione applicata divisa per l'impedenza del circuito Z r cioè,
Linea corrente $ I = \ frac {V} {Z_r} $
Dove $ Z_r = \ frac {L} {CR} $
Poiché Z r è molto alto, la corrente di linea I sarà molto piccola.
Fattore di qualità
Per un circuito di risonanza parallelo, la nitidezza della curva di risonanza determina la selettività. Minore è la resistenza della bobina, più nitida sarà la curva di risonanza. Quindi la reattanza induttiva e la resistenza della bobina determinano la qualità del circuito sintonizzato.
Il rapporto tra la reattanza induttiva della bobina alla risonanza e la sua resistenza è noto come Quality factor. È indicato daQ.
$$ Q = \ frac {X_L} {R} = \ frac {2 \ pi f_r L} {R} $$
Maggiore è il valore di Q, più nitida è la curva di risonanza e migliore sarà la selettività.
Vantaggi degli amplificatori sintonizzati
I seguenti sono i vantaggi degli amplificatori sintonizzati.
L'uso di componenti reattivi come L e C riduce al minimo la perdita di potenza, il che rende efficienti gli amplificatori sintonizzati.
La selettività e l'amplificazione della frequenza desiderata è elevata, fornendo un'impedenza maggiore alla frequenza di risonanza.
Un VCC di alimentazione del collettore più piccolo andrebbe bene, a causa della sua scarsa resistenza nel circuito sintonizzato in parallelo.
È importante ricordare che questi vantaggi non sono applicabili in presenza di un elevato carico resistivo del collettore.
Risposta in frequenza dell'amplificatore sintonizzato
Affinché un amplificatore sia efficiente, il suo guadagno dovrebbe essere alto. Questo guadagno di tensione dipende da β, dall'impedenza di ingresso e dal carico del collettore. Il carico del collettore in un amplificatore sintonizzato è un circuito sintonizzato.
Il guadagno di tensione di un tale amplificatore è dato da
Guadagno di tensione = $ \ frac {\ beta Z_C} {Z_ {in}} $
Dove Z C = carico effettivo del collettore e Z in = impedenza di ingresso dell'amplificatore.
Il valore di Z C dipende dalla frequenza dell'amplificatore sintonizzato. Poiché Z C è massimo alla frequenza di risonanza, il guadagno dell'amplificatore è massimo a questa frequenza di risonanza.
Larghezza di banda
La gamma di frequenze in cui il guadagno di tensione dell'amplificatore sintonizzato scende al 70,7% del guadagno massimo è chiamato suo Bandwidth.
La gamma di frequenze tra f 1 e f 2 è chiamata come larghezza di banda dell'amplificatore sintonizzato. La larghezza di banda di un amplificatore sintonizzato dipende dal Q del circuito LC, cioè dalla nitidezza della risposta in frequenza. Il valore di Q e la larghezza di banda sono inversamente proporzionali.
La figura seguente descrive in dettaglio la larghezza di banda e la risposta in frequenza dell'amplificatore sintonizzato.
Relazione tra Q e larghezza di banda
Il fattore di qualità Q della larghezza di banda è definito come il rapporto tra la frequenza di risonanza e la larghezza di banda, ovvero
$$ Q = \ frac {f_r} {BW} $$
In generale, un circuito pratico ha il suo valore Q maggiore di 10.
In questa condizione, la frequenza di risonanza alla risonanza parallela è data da
$$ f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$