Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Усилители промежуточной частоты

..pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
17.18 Mб
Скачать

2. 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>

 

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

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=\

(n)V1 + рг]п

[К2Ф (я)]* = Г 4- !--------

Т

1 /

у - 4

-

l j

(n )ÿ2 (1 +

р2)

]"

 

I2*

У у 8 — 1