книги / Усилители промежуточной частоты
..pdf2. При неизменных полосе пропускания П«, числе
каскадов п |
и затухании d наименьшие |
значения |
dd/Ad |
и р имеют настроенные усилители. |
тип УПЧ |
будет |
|
Из (5.9), |
(5.20) следует, что этот |
иметь наибольшее усиление на каскад. Увеличение чис ла расстроенных каскадов, переход от одногорбой резо нансной кривой к резонансной кривой с провалами вер шины вызывает уменьшения коэффициента усиления. Отсюда вытекает важный практический вывод: во всех случаях, когда возможна реализация режима оптималь ного согласования, целесообразно использовать настро енные усилители.
3. Увеличение полосы пропускания Г1п или числа каскадов п приводит к увеличению d3 и вызывает уве личение коэффициента усиления К о и
Это можно объяснить так. При узкой полосе пропу скания П?г величины d:b Adi, Adi невелики. Необходимое шунтирование контура достигается при малых коэффи циентах трансформации ти пц. Это приводит к значи
тельной разнице в напряжениях |
|
|
|||
Щ, uic |
и ик |
Uj |
_ |
"to |
|
m t |
о |
m l0 |
|||
|
|
и относительно большим потерям энергии сигнала на собственной резонансной проводимости контура g (рис. 5.2). Увеличение Пп (или п при ПЛ = const) сопро-
9
Рис. 5.2. Эквивалентная схема каскада с параллельным включением контура.
вождается увеличением т г0, тю и вызывает уменьшение относительных потерь на проводимости g (возрастает к. п. д. межкаскадной цепи). Коэффициент усиления Koi увеличивается.
4. Относительное приращение полной емкости контура
(5.18) не зависит от величины собственной емкости кон тура С . Отсюда следует второй важный практический
вывод: стабильность работы усилителя не может быть улучшена за счет увеличения собственной емкости кон тура.
Объяснение этого может быть следующим. Ранее от мечалось, что увеличение емкости С приводит к сужению полосы пропускания Пп. Восстановление ее прежнего значения достигается увеличением коэффициентов транс формации ты и гпю, что в свою очередь приводит к уве личению вносимых в контур приращений емкостей /и2гоДС22 и т 2/оДСцс. В результате, как показывает ана лиз, отношение ДСэ/С0 не зависит от С.
Температурные изменения емкости Сэ могут быть скомпенсированы путем соответствующего выбора ТКЕ собственной емкости контура. Технологические приемы такой компенсации в настоящее время хорошо разрабо таны и широко используются. Независимость стабильно сти УПЧ от собственной емкости контура С позволяет дать следующие рекомендации по выбору ее величины.
В узкополосных устойчивых каскадах отношение (5.10) мало отличается от единицы. Целесообразно
при этом выбирать значение С, близкое к оптимальному Са (подробно см. § 3.5), при котором собственное зату хание контура d принимает минимальную величину dm. Это может дать заметный выигрыш в усилении. Крите рием целесообразности такого выбора емкости может служить условие
d ^ d m -\- б ? э ( 0 , 1 - т - 0 , 2 ) / п .
В широкополосных усилителях обычно dD^ d . Обеспече ние d= dm не дает заметного выигрыша в усилении. В то же время из формул (5.11) и (5.12) видно, что увеличе ние С сопровождается возрастанием т г0 и тю. Выгодно
выбирать C=CMi+Cm при g22< guc |
и C = C Mi+Cm при |
£22>giic, чему соответствует mi0= l |
и тю= 1, тем самым |
достигается полное включение контура, отпадает необхо димость делать у контурной индуктивности отвод. Улуч шается технологичность усилителя.
5. Потенциальные усилительные возможности широ кополосных усилителей различных типов принято оце нивать величиной эффективности
э = п п у к ^ .
Подставляя сюда значение К о п из (5.20), полосу пропу скания Пп из (4.37) при Поп = П„ и 1рп(«) =ij)(n) из
табл. 4.4 и учитывая (4.31) и (4.34), а также тот факт, что в широкополосных усилителях S.dh=dtfU получаем
э ^ э . р ' ' ; т - \ j \ y
где =
Аналитические выражения для эффективности кон кретных типов усилителей приведены в табл. 5.1. Эф фективность возрастает с увеличением полосы пропуска ния и принимает предельное значение Эп при da=do=d0n. Аналитические выражения для Эп также сведены в табл. 5.1. Численные значения нормированной эффек тивности Эп/donfo A"MVдля усилителей с резонансной кри
вой типа В приведены в табл. 5.5, из рассмотрения кото-
Т а б л и ц а 5.5
|
Численные значения |
нормированной предельной |
|
||||||||
|
|
|
эффективности |
|
|
|
|
|
|||
|
Тип усилителя |
|
|
Число каскадов п |
|
|
|
||||
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
|
1 |
|||||||||
Настроенный |
1,0 |
0,04 |
0,51 |
0,44 |
0,39 |
0,35 |
0,32 |
0,30 |
0,28 |
0,2 |
|
С |
парами |
расстроенных — |
1,0 |
— |
0,8 |
— |
0,22 |
— |
0,66 |
— |
0,6 |
|
каскадов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
тройками |
расстроенных |
|
1,57 |
|
|
1,36 |
|
|
1,28 |
|
каскадов
рой следует, что увеличение числа каскадов п вызывает уменьшение Эп. Усилители с расстроенными каскадами обладают большими по сравнению с настроенными зна чениями предельной эффективности. Увеличение числа расстроенных каскадов вызывает увеличение предельной эффективности.
II. Усилитель с последовательным включением в контур усилительного прибора следующего каскада (рис. 5.3)
Эквивалентное затухание с1э контура и коэффициент усиления
каскада но току «7<п определяются соответственно формулами (3.29) и (4.8)
d □— |
A d i, |
(5.31) |
123
ы _ M j ( î o / f v ) \ ^atl |
(5.32) |
|
^ 01~ r f . K r + F ’
где A*/t, Д ^ ■—вносимые затухания:
Adt — m^g22/^fpC9, àdi = 2тс/рСэгп с, Сэ = С -{-Cm + щ^С2з. (5.33)
Индексы „к“ |
в (5.32) для |
сокращения записи опущены. Умножая и |
|
деля |
(5.32) |
на V AdtAdt = |
V g2*r\ w нетрудно получить следую |
щее |
выражение для коэффициента усиления: |
~ |
ф |
м |
У й м ; , |
|
*/м ~ / Г + F |
|
|
||
где У м — усилительный |
потенциал |
каскада — предельный |
макси |
|
мальный коэффициент усиления |
по току (при d, (3— vO) : |
|
||
УМ == | ^21 |/2 yf^22^11C* |
(5.35) |
Рисч 5.3. Схемы одноконтурного каскада с последовательным вклю чением нагрузки в контур:
а — обобщенная; 0 — эквивалентная.
Коэффициент‘усиления У 01 приобретает максимальное значение, если
Adt + Adi = do — d —const:
су |
z7bifo^fp |
bd _ |
U J J h |
( , |
||
|
|
V\+ pi |
d9 |
y i |
4 . pa |
\ |
при равенстве |
вносимых затуханий |
|
|
|
||
|
|
, |
|
Ad |
d3— d |
|
|
|
Adt — Adt — 2 |
2 |
|
||
или, учитывая |
(5.33), при |
|
0 a. |
|
1 0 |
|
|
, / |
c+ cm1! |
|
|||
|
|
|
J |
|
|
|
mto - |
V |
cu |
2 |
V g^ n Q |
|
d \ d3 J
й- to
(5.36)
(5.37)
(5.38)
|
л |
. г , |
|
|
|
|
|
|
Act |
|
|
j |
_ |
Лс/ ( I — 0,5Д^а22) |
» |
(5.39) |
||||||
|
С + cm= |
4"fpriic (l + c 22/ c |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
где |
См — предельное |
значение |
емкости |
контура |
С + Ст , |
при |
КОТО- |
|||||||||||||||
ром |
/71,0=1: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
С„ = |
С22 ( A d a — 1V |
|
|
|
|
|
(5.40) |
||||||||
Полная |
емкость |
контура |
и |
ее |
относительное |
приращение |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
С + Ст |
ДСЭ _ ù d |
|
|
ДС22 |
|
|
(5.4!) |
||||||||
|
|
|
|
|
" |
1 — 0,5Д</а22’ |
Сэ |
“ |
2 |
“22 |
С22 ' |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Коэффициент |
усиления |
6-го |
каскада |
многокаскадного |
усилителя |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
с- |
d f M K Î o/fvh |
A d h |
|
|
|
|
|
|
(5.42) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
U oi к — _ |
/----------- r, ,/ , |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
1+ té |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где üMh> fph> |
h» |
|
h» |
Д^л — значения |
J M, |
fP, |
p, |
</э, |
Д</ y k-то ка |
|||||||||||||
скада. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
усиления |
многокаскадного |
усилителя, |
состоящего |
|||||||||||||||||
из N = /Î /V , |
идентичных групп расстроенных каскадоз |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
а ОП-- |
|
|
|
Dмhfo/fph |
|
|
|
|
|
|
a nM V |
|
|
(5.43) |
||||
|
|
|
|
|
|
Y i +fê |
|
|
|
|
X (") ’ |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
V |
|
|
l/v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
#>■» |
— среднегеометрическое |
значение усилитель |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
,* = i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ного потенциала; |
х (,г) — фуикция, |
определяемая |
|
выражением |
(5.21) |
|||||||||||||||||
и табл. |
5.1 — 5.4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Коэффициент усиления тракта промежуточной частоты приемника |
||||||||||||||||||||||
с идентичными предварительными каскадами УПЧ |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
St о ( л-Ь 1 ) = |
ü м\\U м д^м |
/% (п "Ь |
1) » |
|
|
|
|
||||||||||
где 3 мп» Зыл— усилительные потенциалы преобразователя |
частоты и |
|||||||||||||||||||||
оконечного |
каскада |
нагруженного |
детектором |
(при |
параллельном |
|||||||||||||||||
включении детекторного каскада к контуру): |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
^7мп -- |
I ^2111 I/2 |
^^2211^11 » ^7мд -- ^7мГ11^пХД» |
|
(5.44) |
|||||||||||||||
Л21 п, |
g2zn — коэффициент передачи |
по току |
преобразователя частоты |
|||||||||||||||||||
и его выходная проводимость. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Рассмотрим условия реализуемости режима оптимального согла |
|||||||||||||||||||||
сования. |
Полное |
вносимое |
в |
контур |
затухание в |
соответствии |
||||||||||||||||
с (5.31), |
(5.33), |
(5.37) |
и |
(5.38) равно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
d B - |
d |
— à d |
= 2à d t |
= |
2à d t |
- |
g 22 / n f J |
|
C-^ |
C"' + C22\ = |
— 4îTfprllc (C + Cm + mr()C22).
Отсюда видно, что увеличение коэффициента трансформации ти приводит к увеличению вносимых затуханий Adi, Adi и АС. Однако изменение собственной емкости контура С по-разному влияет на ве личину Adi и Adi. Полное вносимое затухание принимает предельное максимальное значение, если //г*о= 1 :
§22
Adu = Ada = |
+ c m + Сгг) ~ 4^ г'1С (С + |
+ С“ ) |
|
= 2 К^2г'-„с=-^р- |
(5.45) |
Этому случаю соответствует однозначный выбор собственной емкости контура
^ г _ с “ - с - <5-«>
Режим оптимального согласования в широкополосных УПЧ может
быть реализован, если |
d3—d ^ A d a. |
|
(5.47) |
|
|
|
|
||
Минимальное значение полного вносимого затухания |
|
|
||
&dm— g22 |
С + |
Cw |
Ст+ |
тт С22) |
|
+-С22 ] — 4я/рг11С (С + |
будет при минимальном конструктивно выполнимом коэффициенте трансформации пи0= т т.
Из (5.45) и (5.47) можно найти необходимую в этом случае соб ственную емкость контура
С = |
т„ / |
§22 |
Ст. |
(5.48) |
|
2тг/р |
Гпо |
||||
|
|
|
|||
Таким образом, режим |
оптимального согласования |
возможен, |
|||
если |
Adjn^ с/э—d^^Ada. |
|
|
||
|
|
|
|||
Отметим особенности |
схемы с индуктивным |
включением |
табл. 3.2, которая обеспечивает последовательное питание транзисто ров при небольшом числе деталей в каскадах. На рис. 5.4 изображена
Рис. 5.4. Принципиальная схема одноконтурного УПЧ с индуктив ным включением контуров в первом и во втором каскадах.
принципиальная |
схема такого усилителя |
(R\, R2— делитель питания |
базовых цепей, |
обычно # i > r nc, R2g22> П |
Выполненный анализ по |
зволяет сделать вывод о том, что режим оптимального согласования в схеме реализуется, если собственная емкость контура С одновре менно удовлетворяет двум условиям:
>_ 622 |
'Ci2 — Ст, с = ■ d.— d |
шСл«—c„ |
"/р (d» — d) |
4nfprt |
|
Это возможно лишь при выборе собственного затухания контура
равным
d=di~-gnrнс.
Рассмотренные ранее свойства УПЧ при параллельном подключе нии к контуру усилительного прибора следующего каскада, работаю щего в режиме оптимального согласования, в полной .мере справедли вы и для усилителя с последовательным включением усилительного прибора в контур
5.4. РЕЖИМ СОГЛАСОВАНИЯ ОДНОКОНТУРНОГО УПЧ
Допустим, что условия реализуемости режима опти мального согласования (5.27) и (5.47) не удовлетворя ются. Выходной проводимости усилительного прибора gn> проводимости нагрузки £цс или сопротивления на грузки Гцс недостаточно для обеспечения требуемого шунтирования контура при одновременном удовлетворе нии условий согласования (5.10) или (5.37). Эквивалент ное затухание контура в схеме каскада da меньше своего расчетного значения. Необходимое увеличение da может быть достигнуто увеличением собственного затухания контура d до величины
dm— da—Acfm, |
(5.49) |
где AdM определяется формулами (5.23) и (5.45). При небольшой разнице между d и dm удобно выбирать кон турную индуктивность с большим собственным затуха нием. Если же d<gidm> то к контуру подключают резистор шунта Rm (рис. 5.5) или гш (рис. 5.6,6). При этом вы ражение (5.49) принимает вид
|
d m = |
d |
-f-A^ljii, |
|
(5.50) |
где Adm— затухание, |
внесенное |
в |
контур резистором |
||
шунта: |
_П/2тс/рСэ^ш |
(рис. |
5,5 |
и 5.6,’ а), |
|
|
|||||
ш |
12*/ргшСэ |
(рис. |
5.6, б). |
Рис. 5.5. Обобщенные схемы одноконтурного каскада в режиме со* гласовапия:
Û — при é?2 2 < ^ 1 1 с* б ~ в случае £ ,1с< £ 22 -
Рис. 5.6. Обобщенные схемы одноконтурного каскада в режиме сотасования:
а — с параллельным шунтом; б — с последовательным шунтом.
Комбинируя полученные выражения, находим расчетные соотношения для сопротивлений шунтов:
Rul = ll2%fpC3(d3~ d3J £(рис. 5.5 и 5.6, а),
(5.51)
rm = (d3 — d0j/2T.fpC3 (рис.*5.6, б),
где d ^ — d + Ad».
I. Усилитель с параллельным подключением к контуру усилительного прибора следующего каскада (рис. 5.5)
Схема рис. 5.5,а используется при g22<gnr. а рис. 5.5,6 — если gnc<g22- Подставляя значения вноси мых затуханий Дdu Adi и (5.5) в условие согласования (5.10), получаем расчетные соотношения для коэффи циентов трансформации:
niic— l, |
mic= V g J g u с при g22< g lic (рис. 5.5, а), |
|
|
______ |
(5.52) |
т с = 1 . |
gucfgu при ^„0 < ^ Г (р н с . |
5.5,-5). |
128
Учитывая (3.11), в случае обратного автотрансформатор ного или обратного емкостного включения контура рис. 5.7 получаем
mir = |
Ÿ # 2 2 /#! 1C |
|
miс = 1 — mic. |
(5.53) |
+ |
|
|
|
|
Или |
1 |
|
|
|
mZc = |
, |
mic — 1 — mtc. |
|
|
^glic'gîî |
|
|||
+ |
|
|
|
Коэффициент усиления каскада по напряжению может быть найден из (5.10) при замене d на йш. Подставляя
(5.49) и |
(5.23) |
в (5.10), получаем |
|
|
||
|
К _ |
Ам |
AtfM |
Км____ |
|
(5.54) |
|
01 |
У \ рг dэ |
у 1 |_ рг |
s |
||
|
|
|||||
Коэффициент усиления й-ro каскада |
|
|
||||
|
|
Koik = |
Кмн |
2 |
|
(5.55) |
|
|
j / i + |
p2Mv |
|
||
где /См н, |
P/о |
— соответственно значения /См, Р, |
для |
|||
/г-го каскада. |
|
|
|
|
|
Принимая во внимание (4.37) при Пал = ПЛ и фа (/г)=
= ф(п), из (5.55) нетрудно определить коэффициент уси ления УПЧ, состоящего из N = n/v идентичных групп рас строенных каскадов
*оп= * : > ( « ) . |
(5.56) |
где Ксс — единичное усиление по напряжению
К — |
i«-, |
(5.57) |
i'ec ---- |
„av тт ’ |
Ф(п) — функция, определяемая соотношениями табл. 5.6; численные значения ср(п) приведены в табл. 5.7.
Если все каскады тракта промежуточной частоты при емника, кроме первого (преобразователя частоты) и по следнего, оконечного каскада, нагруженного детектором, идентичны, то формула (5.56) принимает вид
гs |
__ Л<.спАесдАе |
(5.58) |
|' о ( п + . ) = - ? ( я + 1 ) |
где Keen) Keen — единичное усиление преобразователя ча стоты и оконечного каскада соответственно:
ÎT _ 2*мп |
fo . |
Ке с д - |
. 2/Смд |
fo . |
(5.59) |
|
•*'есп— „Еп |
т т |
» |
|
|
||
Пп |
а 1 д |
П п ’ |
|
/См m /СМд— усилительные потенциалы преобразователя частоты и оконечного каскада, определяемые выражения ми (5.22);
Таблица 5.6
Функции у(п) одноконтурных УПЧ
Тип усилителя |
ф(п) |
УПЧ содержит Af = |
иден |
тичных групп расстроенных ка скадов (общий случай)
УПЧ содержит N = |
иден |
тичных групп расстроенных ка скадов. Резонансная кривая типа В
Настроенный усилитель
V= 1
Усилитель с парами расст роенных каскадов v = 2. Общий случай
Усилитель с парами расст роенных каскадов v = 2. Резо нансная кривая типа В
Усилитель с тройками рас строенных каскадов v = 3. Общий случай
Усилитель с тройками рас строенных каскадов v = 3. Ре зонансная кривая типа В
V
П я < * . V) * (п) |/ * 1 + fk k=\
[Ф (n)V1 + рг]п
[К2Ф (я)]* = Г 4- — !-------- |
Т |
||
1 / |
у - 4 |
- |
l j |
[Ф (n )ÿ2 (1 + |
р2) |
]" |
|
I2*
У у 8 — 1