книги из ГПНТБ / Федорцов Б.Ф. Усилители радиосигналов

Внешние параметры каскада возможно изменять в желае­ мом направлении путем изменения режима его работы—спо­ соба подключения источника сигнала и нагрузки и степени связи с ними. Задачей проектирования каскада является создание условий, при которых схема наиболее полно удовлетворяет предъявленным техническим требованиям. В зависимости от места каскада в схеме приемника, его функций и диапазона усили­ ваемых частот эти требования могут сводиться к получению наибольших значений величин коэффициента усиления по на­ пряжению, коэффициента усиления по мощности или наимень­ шей возможной величины коэффициента шума.

§ 3. АНАЛИЗ ОБОБЩЕННОЙ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ

1. Резонансный коэффициент усиления каскада

На основании предшествующего анализа обобщенная экви­ валентная схема каскада, имеющего в нагрузке одиночный кон-

.10

тур, может быть представлена рис. 3. При настройке прием­ ника весь тракт приемника настраивается в резонанс на частоте /0, в том числе все элементы на входе и выходе рассматривае­ мого каскада. Входная емкость данного каскада вносится в кон­ тур предшествующего каскада. Выходная емкость рассматри­ ваемого каскада СВЬ|Хи ‘входная емкость последующего каскада

Свх2 вносится в контур, являющийся нагрузкой рассматривае­ мого каскада. Тогда результирующие параметры нагрузки'каскада будут выражаться следующим образом:

Емкость

где С—емкость специально включаемого в контур конденсатора, CL и См— паразитные емкости катушки индуктивности и мон­ тажа.

Индуктивность

/•ю

Активная проводимость

Характеристическое сопротивление контура

7

1

Рис. 4.

При резонансе Ьэ и Сэ взаимно друг друга компенсируют,, причем величина L3 должна быть взята из условия резонанса равной

а

где | Уй, i --модуль крутизны усилителя.

2. Резонансный коэффициент усиления при согласовании

осуществляется на входе каскада (рассматриваемого или по­ следующего). Для этого подбирается согласующее значение коэффициента трансформации pz—p-ic. Запишем (3.4) в виде

шается вследствие увеличения снимаемого с контура напря­ жения;

2) с увеличением связи усиливается шунтирующее дей­ ствие входа следующего каскада на контур, и поэтому увели­ чивается G3 н уменьшается К 0.

' Следовательно, существует оптимальное, согласующее зна­ чение

Рг~---Рг*

Возьмем производную от (3.5) и приравняем ее нулю;

d h 0 _Pj i 4 о, j ( G - r p fG ^ 2/?gGBX.i/y/>2 j 4 2i! a dp.. ~ V / Ь/’./ОьхП-

Прправнивая нулю числитель, получаем

G -r^gcGBXn- G.,xo и p .,cGnx. (/,

где (/—pi GBblx - f Gpe3.

Тогда согласующее значение коэффициента трансформации

.12

Лри этом коэффициент усиления при согласовании

3. Резонансный коэффициент усиления при отходе от согласования

В свое время было получено следующее выражение для коэффициента усиления:

КР\Рч \V’ai i

"G p ? G ^ •

Ко

;,г

Эти зависимость в относительных единицах может быть пред­ ставлена следующим образом:

лее чем на 20%. .

4. Результирующее затухание и полоса пропускания

Результирующее затухание каскада с учетом шунтирования контура выходом собственной лампы или транзистора и входом следующей лампы или транзистора

Р->с

при отключенном входе последующего каскада.. Графически эта зависимость представлена на рис. 6, причем в относительных единицах указанная зависимость выражается в виде

dg = 14- а 2 .

"d

Полоса пропускания усилителя с одиночным резонансным контуром при отсчете на уровне 0,7

14

«*■

Из грас^ика рис. 6 можно видеть, что шунтирование кон­ тура входом последующего каскада увеличивает затухание и, следовательно, расширяет полосу пропускания, причем при со­ гласовании, если а 1, затухание и полоса пропускания увели­ чиваются в два раза по сравнению со случаем, когда вход сле­ дующего каскада отключен. При отходе от согласования, если

а0,о, затухание и полоса пропускания увеличиваются только

на 25";0>если а —-2 —в 5 раз по сравнению с затуханием и по­ лосой при отключенном входе последующего каскада.

5. Связь между коэффициентом усиления, полосой пропускания и емкостью каскада

Ранее было получено выражение для коэффициента усиле­ ния

А'„ f>,ih ГЛ' .

'“'Э

Выразим эквивалентную проводимость контура через полосу пропускания

пропускания его ДР. Отсюда следуют выводы:

а) потенциальные возможности усиления каскада не зависят от частоты настройки (пока усиление остается устойчивым);

б) резонансный коэффициент усиления тем меньше, чем

нужно стремиться сделать ее возможно меньшей.

Таким образом, с точки зрения величины резонансного коэффициента усиления результирующая емкость С3 каскада должна выбираться возможно меньшей.

В схемах широкополосных усилителей, когда полоса про­ пускания имеет относительно большую ширину, емкость Св стремятся уменьшать вплоть до паразитных емкостей схемы, т. е. в пределе

С9—р ? £ ш% : (Сi -rCf,)- -р^Свхг.

15

Учитывая сказанное, для схем широкополосных усилителен должны выбираться лампы или транзисторы, обладающие мини' мальными значениями выходной и входной емкостей при мак­ симально возможной величине крутизны усилителя, т. е. лампы или транзисторы, характеризующиеся наибольшей величиной коэффициента широкоиолосности:

ма

е-пф

вых

В схемах узкополосных усилителей, характеризующихся срав­ нительно большими значениями коэффициента усиления при относительно узкой полосе, на выбор емкости существенное влияние оказывают условия обеспечения стабильности усиле­ ния и избирательности. Для уменьшения нестабильности по указанным параметрам в схему могут включаться относительно большие по емкости конденсаторы.

Рассмотрим теперь более подробно условия, ограничиваю­ щие выбор результирующей емкости снизу, которыми следует руководствоваться при расчете как широкополосных, так и узкополосных усилителей:

1. Условие нестабильности усиления при смене ламп и тран зисторов или изменении их емкостей под влиянием внешних условий.

Лампы или транзисторы имеют разброс по емкостям. Кроме того, их емкости могут изменяться при изменении внешних условий. Предположим, что вследствие указанных причин вы­ ходная емкость собственной лампы или транзистора изменилась на величину ДСВЫХ, а входная емкость следующей лампы или транзистора—на ДСвх9. Тогда общее изменение результирующей емкости контура будет составлять величину кС=р^Ь.Свих-\- 4-/?22ДСвх2. Если результирующая емкость Сэ взята малой, то изменение емкости на ДС может привести к расстройке каскада относительно заданной средней частоты настройки / 0 на вели­ чину Д/. Считается, что в предельном случае уход частоты на­ стройки однокаскадного усилителя не должен превышать поло­ вины его полосы пропускания, т. е.

ДЕ

(3.13)

при этом коэффициент усиления каскада уменьшится не более чем на 30%. ,

Имея в виду, что расстройка является результатом измене­ ния емкости, можно записать

(3.14)

16

Следовательно, усиление по мощности определяется парамет­ рами ламп н транзисторов. Входная н выходная проводимости ламп и транзисторов существенным образом зависят от того, какой электрод в схеме данного усилителя является общим - катод, сетка, эмиттер или база. Таким образом, усиление но мощности зависит от типа схемы усилителя. Кроме того, в лю­ бом типе усилителя входная GBXи выходная GBbIXпроводимости обычно быстро возрастают при повышении частоты. На неко­ торой так называемой критической частоте величина Крс обра­ щается в единицу, т. с .‘•передача сигнала от входа усилителя к выходу происходит без увеличения мощности. В этом случае при критической и более высоких частотах использование дан­

пассивном трансформирующем устройстве, установленном в тракте сигнала. Естественно, что не имеет смысла с указанной целью использовать Лампу или транзистор, являющиеся более сложным устройством, требующим к тому же расхбда питания от источников.

В случае использования ламп с частотой ■резко увеличи­ вается входная проводимость GBX--'«BX/ 02, где а вх - коэффициент входной проводимости, в то же время выходная проводимость

Кроме рассмотренного влияния проводимостей ламп, на работу усилителя могут оказать воздействие резонансы распределен­ ных емкостей и индуктивностей выводов. Поэтому в справоч­ ной литературе для ламп указывается предельная рабочая ча­ стота, определяемая либо возрастанием проводимостей, либо резонансными свойствами.

В усилителях на транзисторах с частотой резко возрастает как величина GBX, так и величина GBblx. Кроме того, на работу усилителя оказывают существенные воздействия активные и ре-

18

активные составляющие проходных проводимостей, влияющие на амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики ка­ скада. Для каждого типа транзистора предельно возможная частота, на которой может быть использован транзистор в дан­ ной схеме, указывается в соответствующих справочниках.

7. Выбор коэффициента трансформации р х

Выше было показано, что коэффициент трансформации р% выбирается исходя из заданных условий согласования или рас­ согласования. Выбор ^коэффициента трансформации р х может быть произведен из следующих соображений:

1)Обеспечения заданной полосы пропускания, имея в виду,

что полоса зависит от р и т. е.

Л/7 —d$fQ (Рх ^вых~Ь^рез'"I Р2 dBx%)fo-

В частности, при согласовании, когда р2= р^, AFc= 2df0 = 2 (P idm -:, dp&3) / 0,

ления до устойчивого значения, причем если коэффициент уси­ ления каскада при рг= 1 равен К0, а устойчивое значение коэф­ фициента усиления составляет АГоуст, то, чтобы снизить усиление, надо выбрать величину

3) Обеспечения равномерности усиления при переходе от одной фиксированной частоты к другой или от одного поддиа­ пазона к другому. Если, например, с ростом частоты настройки коэффициент усиления увеличивается, то на самой низкой ча­ стоте берется 1, а на более высокой р г соответственно уменьшается.

§ 4. ЧАСТНЫЕ СЛУЧАИ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЯ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ ЧАСТОТ

1.Область относительно низких частот

Вэтой области частот шунтированием контура со стороны выхода собственного каскада и входа следующего каскада можно пренебречь, т. е..

^рез ^вых ^ ^вх2-