Методическое пособие 271
.pdf
стать отрицательной), что в свою очередь приводит к изменению его показателей: коэффициента усиления, полосы пропускания, формы АЧХ. Поскольку эти изменения взаимосвязаны, можно задавать ограничение на допустимое изменение одного из показателей, тогда и другие будут находиться в допустимых пределах. Обычно задается ограничение на максимально допустимый коэффициент усиления, который называется коэффициентом устойчивого усиления и определяется по формуле
К0УСТ= |
21 KУ |
|
Y21 |
|
|
, |
(5) |
||
|
|
||||||||
|
Y12 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
где 0 KУ 1 - коэффициент устойчивости, определяющий удаленность усилителя от самовозбуждения.
При KУ=0 усилитель самовозбуждается, при KУ=1 усилитель абсолютно устойчив (но соответствующий коэффициент усиления равен нулю).
Коэффициент устойчивости определяет изменение коэффициента усиления усилителя за счет действия ОС:
KУ= |
K0 безОС |
, |
(6) |
K0 сОС |
где К0(без ОС) - коэффициент усиления при отсутствии ОС; К0(с ОС) - коэффициент усиления при наличии ОС.
Обычно считается допустимым изменение коэффициента усиления за счет ОС на 20 %, что соответствует значению KУ=К0/1.2К0 0.84 в однокаскадном усилителе, KУ=0.86 - в двухкаскадном, KУ=0.87 - в многокаскадном. В других случаях коэффициент устойчивости выбирают в пределах 0,8...0,9.
9
Домашнее задание № 5
Ознакомиться с нелинейными эффектами и линейными искажениями в УВЧ.
Теоретические сведения
Необходимо вспомнить определения проходной характеристики УЭ, колебательной и амплитудной характеристик резонансного усилителя, причины появления линейных и нелинейных искажений в усилителях, их связь с формой проходной, амплитудной и амплитудно-частотной характеристик.
Линейные искажения в УВЧ возникают вследствие неравномерности АЧХ в пределах спектра усиливаемого сигнала.
Нелинейные искажения в резонансных усилителях возникают за счет нелинейности амплитудной (колебательной) характеристики усилителя, приводящей к искажению формы огибающей усиливаемых АМ сигналов. Нелинейные искажения в резонансных усилителях возникают при сравнительно больших уровнях сигналов, так как в области малых сигналов амплитудная характеристика, как правило, линейна.
10
Домашнее задание № 6
Рассчитать усилитель высокой частоты в соответствии с вариантом домашнего задания.
Для выполнения домашнего задания необходимо проработать материал по одному из учебников, приведенных в списке литературы, а также настоящие методические указания, подготовить ответы на контрольные вопросы.
Теоретические сведения
Электрический расчет резистивного усилителя
Рассчитать коэффициент усиления К0, избирательность по прямому каналу пр, индуктивность контура L1, построить график АЧХ усилителя в полулогарифмическом масштабе, определить верхнюю
частоту fгр |
полосы пропускания усилителя в диапазоне от |
||||||||||||||
100 кГц до 3fгр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Исходные данные для расчета: рис. 3 транзистор |
||||||||||||||
выбран |
|
|
|
|
ГТ322А, |
|
|
|
|
= 1,1∙10 |
см, |
||||
| |
| = |
|
∙ |
, |
= 6∙10 |
см,| |
для| = 35∙10 см, |
|
|
||||||
|
|
= 1,8пФемкость |
частот |
пр = 465 кГц, |
|||||||||||
емкость1 |
схемы |
|
= 20пФ |
|
|
режекторного контура |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
С |
=120 пФ, остальные данные в табл. 1. |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Исходные данные для расчета |
Таблица 1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
№ |
|
|
|
1 |
|
2 |
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
7 |
8 |
варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон |
|
СВ |
|
ДВ |
СВ |
|
ДВ |
|
СВ |
|
ДВ |
СВ |
ДВ |
||
Rк, кОм |
|
|
0,33 |
|
0,33 |
3,3 |
|
3,3 |
|
0,33 |
|
0,33 |
3,3 |
3,3 |
|
Qреж |
|
|
50 |
|
50 |
70 |
|
70 |
|
70 |
|
70 |
50 |
50 |
|
11
Решение представлено в общем виде:
Y21 |
|
Ко= qэ , |
(7) |
активная составляющая проводимости нагрузки (без учета режекторного контура):
q |
э |
=q |
22 |
+ |
1 |
+q |
вх2 |
. |
(8) |
|
|||||||||
|
|
|
RH |
|
|
||||
Нагрузкой УРЧ является входная проводимость |
|||||||||
qвх2=q11пр= 0,5 q11 |
|
|
|
||||||
и входная емкость |
|
( Cвх2=С11пр =С11 ) |
транзистора |
||||||
следующего каскада – преобразователя частоты, который выполнен на таком же транзисторе, что и УРЧ.
На частоте прямого канала сопротивление нагрузки практически равно сопротивлению последовательного контура при резонансе
ρ
ZЭ=rp= Qреж
причем rp << RH , ρ - волновое сопротивление. Избирательность УРЧ по прямому каналу
Y21 RЭ |
|
RЭ |
|
|
σпр= Y21rр |
= rр |
, |
||
1 |
|
|
|
|
где R= qэ . |
|
|
|
|
ρ= |
1 |
с |
, |
|
|
ω |
1 |
|
|
|
пр |
|
|
|
(9)
(10)
(11)
12
1
r p= ωпр с1Qреж ,
|
|
|
1 = |
|
|
|
|
|
пр |
С |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
К fпр |
= |
|
К |
о |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
К f |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
|
|
, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qэ2 +(ω Ссх )2 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
Ко |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y21 |
|
|
|
|
|
, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2 |
|
|
|
|
qэ2 +(2ππпрСсх )2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
21 |
|
|
q2 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ko2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
fпр = |
|
|
|
|
|
|
|
э |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 cсх |
||||||||||||
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
Верхняя граница полосы пропускания определяется из условия равенства активной составляющей проводимости нагрузки и реактивной составляющей проводимости нагрузки на границе полосы пропускания
gэ = ωгр ∙Ссх, |
(18) |
gэ fгр = 2πСсх.
Расчет АЧХ без учета режекторного фильтра
k(f) = |
| |
э | |
= |
э ( Ссх) |
. 19) |
13
Электрический расчет резонансного усилителя с автотрансформаторным включением контура
Рассчитать коэффициент усиления К0, коэффициент устойчивого усиления Куст, полосу пропускания 2∆ , , избирательность однокаскадного усилителя на заданной частоте, а именно избирательность по зеркальному каналу зер, соседнему каналу с, прямому каналу пр. Построить график АЧХ усилителя.
Исходные данные для расчета схемы рис. 1.
|
Диапазоны |
КВ1, |
КВ2, |
КВ3, |
транзистор |
ГТ322А |
|
( |
= 1,1∙10 см, |
= 6∙10 см,| |
| = 35∙10 см, |
||||
|≈110| = ∙ , |
= 1,8пФ |
Сэmin |
= |
Ckmin |
+ Ccx ≈ |
||
|
|
|
), |
||||
пФ на КВ2, Cэmin = 130 пФ на КВ3,Сэmin = 140 пФ на КВ1, m1 = m2 = 0,19, fпр = 465 кГц, остальные данные в табл. 2.
Таблица 2
Исходные данные для расчета
№ |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
8 |
||
варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диапазон |
КВ2 |
|
КВ3 |
|
КВ2 |
КВ1 |
|
КВ3 |
|
КВ2 |
КВ3 |
КВ1 |
|||||||
Частота |
|
f0max |
|
f0cp |
|
f0min |
f0cp |
|
f0max |
|
f0cp |
f0min |
f0cp |
||||||
Qэ |
|
|
30 |
|
|
35 |
|
|
40 |
|
50 |
30 |
|
35 |
40 |
60 |
|||
|
Решение представлено в общем виде: |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ко = |
m1m2 Y21 |
, |
|
|
(20) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qэ |
|
|
|
|
|
|
где |
q |
=m2q |
+q |
k |
+m2 q |
2 , |
|
|
|
|
|
|
|
(21) |
|||||
|
э |
1 |
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
q1=q22 |
- выходная проводимость транзистора и |
|
||||||||||||||||
|
q2=q11= 0,5 q11 |
|
- входная проводимость транзистора |
||||||||||||||||
следующего каскада – преобразователя частоты. |
|
|
|||||||||||||||||
14
q |
= |
1 |
2πfoC |
эmin |
|
|
Rэ |
= |
|
|
|
||
э |
|
Qэ |
|
|
|
|
Куст = |
2(1− Ку)| |
| |
, |
|||
|
| | |
|
|
|||
Ку=0.84;
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2Δf |
|
|
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
σс= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
1+ Qэср |
fo |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
Δf ≤ 0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Δf |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
т.к. |
f o |
, |
|
= 9 кГц; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f |
зк |
|
|
|
|
f |
о |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
σзк= 1+ Qэср |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
fо |
|
fзк |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|||||
|
|
|
|
|
Δf ≥ 0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
fзк = fo 2f |
пр , |
|
f |
o |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
fпр |
|
|
|
|
f |
о |
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
σ |
|
= 1+ Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
fо |
|
fпр |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
пр |
|
|
эср |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
||
fпр = 465 кГц.
Полоса пропускания определяется по формуле
2∆ , = .
эср
(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
15
Электрический расчет резонансного усилителя промежуточной частоты с двухконтурным полосовым фильтром
Рассчитать резонансный коэффициент усиления - Ко, коэффициент устойчивого усиления – Куст, полосу пропускания - 2∆f0,707, избирательность по соседнему
каналу - σс каскада УПЧ со связанными контурами. Проводимость нагрузки каскада УПЧ принять равной g11. Схема приведена на рис. 2.
|
|
|
Рассчитать и построить АЧХ УПЧ. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
Исходные данные для расчета схемы рис. 2 (УПЧ): |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
Транзистор ГТ-322А, C1 = C2 = 510 пФ; Qэ1=Qэ2=Qэ; |
||||||||||||||||||||||||
m1=0,2; m2=0,05; в режиме УП (узкая полоса) |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
11 = 1,1·10 |
|
|
См,g22 |
= 2,41; |
|
|
|
|
|
кГц. |
|||||||||||
в режиме |
|
широкой полосы |
|
|
|
|
|
|
fпр |
==465кр3= 1; |
|||||||||||||||||
Для ГТ-322А:g |
|
|
|
|
|
-3 |
|
|
|
|
=6·10-6См, |
Y21 |
|
35 10 |
Cм, |
||||||||||||
|
Y |
|
С |
, |
С12 1,8 |
пФ, остальные данные в табл. 3. |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
12 |
|
12 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Исходные данные для расчета |
Таблица 3 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
№ |
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
||||||
варианта |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Полоса |
Узкая |
|
Широкая |
|
Узкая |
|
|
Широкая |
Широкая |
||||||||||||||||||
Qэ |
|
|
105 |
|
|
105 |
|
|
|
80 |
|
|
80 |
|
|
|
|
100 |
|
||||||||
|
|
|
Решение представлено в общем виде: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
= |
m1m2 Y21 |
|
|
β |
|
= |
β |
|
R |
Y m m |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
qэ |
1 |
1+β2 |
|
1+β2 |
э |
21 |
1 2 |
(28) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
э |
= |
с |
Q |
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω |
|
|
1 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
(29) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
16
qэ= R1
э
|
|
|
fo |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
β2 1+ |
|
|
|
||||
2ΔΔ |
|
= |
2 β4 +1 |
||||||||
|
Q |
||||||||||
0.707 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
, |
||||
σc = |
|
|
|
|
1+ β2 ξск2 2 +4ξск2 |
||||||
1+ β2 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
где ξск - обобщенная расстройка соседнего канала.
ξ |
ск |
=Q |
э |
2Δfск , |
|
|
f пр |
Δf ск =9 кГц,
Ку=0,84.
При построении АЧХ УПЧ учесть: при = 1 | | = 
при > 1
(30)
(31)
(32)
(33)
(34)
| |
| = |
( |
) |
(35) |
|||
где =Qэ( |
|
− |
|
) |
|
|
(36) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
f0 = 465 кГц |
(37) |
||
17
Электрический расчет УПЧ с фильтром сосредоточенной селекции (ФСС)
Определить коэффициент усиления К0 , количество контуров (или число звеньев ФСС(n), обеспечивающих избирательность по соседнему каналу с, коэффициент передачи фильтров Кпф, данные контуров фильтра, коэффициенты включения m1 и m2, допустимую величину R, исходя из условия получения максимального устойчивого усиления, построить кривую избирательности.
Исходные данные для расчета схемы (рис. 4): fпр = 465 кГц,
расчетная полоса пропускания (Пр), крутизна активного элемента |Y21,
входное сопротивление следующего каскада Rвх, входная емкость следующего каскада Cвх, выходное сопротивление транзистора Rвых,
максимальный устойчивый коэффициент усиления Kу, выходная емкость усилительного транзистора Cвх, ослабление на краях полосы пропускания п, избирательность по соседнему каналу с , конструктивная добротность Qk, рекомендуемое
значение конструктивной добротности – Qk≈ 100…300, расстройка по соседнему каналу – 9 кГц, Обобщенное
затухание ФСС( = 0,5).
Следует помнить, что число звеньев фильтра на единицу меньше числа параллельных контуров, число звеньев равно числу емкостей связи.
Если ФСС является нагрузкой преобразования частоты, то вместо |Y21| поставить |Y21пч| = |Y21|/2.
Строгий расчет каскада УПЧ с ФСС довольно сложен, приводится метод упрощенного графического расчета.
18