книги / Усилители промежуточной частоты
..pdfМалошумящий каскад УПЧ на электронных лампах (рис. 7.14,а).
В цепь внешней обратной связи включена индуктивность |
(че |
рез катушки U и LK на сетку следующего каскада подается |
напря |
жение смещения). Триод с подключенной LK (влиянием большой |
|
емкости разделительного конденсатора Ср можно пренебречь) |
можно |
в)
рассматривать как эквивалентный усилительный прибор, активность которого
|
|
|
Ак2 |
Л2со0/сок |
|
|
|
(7.60) |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
dKV 1 + *к |
|
|
|
||
где |
А 2= |
S/coQCag — активность |
триода |
при |
отключенной £ к; |
юк = |
||
= i/K ^ C ag, |
dK— резонансная |
частота |
и затухание |
контура £ к, Cag; |
||||
х к = |
1 |
/с о |
сок \ |
|
|
|
|
|
-^ - |
I —------- — ) — обобщенная расстройка. |
|
|
|||||
|
Эквивалентная активность Лк принимает максимальное значение, |
|||||||
если контур LK, Сле настроен на частоту со0 |
|
|
|
|||||
|
|
|
Ат = А / У Т л. |
|
|
(7.61) |
||
|
Отсюда следует, что наличие корректирующей цепи обеспечи |
|||||||
вает увеличение устойчивого коэффициента |
усиления |
в 1/ V dK |
раз. |
Заменяя в (7.43) А на Л,10, На.ЧоЛнМ Максимальный устойчивый ко
эффициент усиления по напряжению |
|
АУ1К= (0,32-4-0,53)/W |
(7.62) |
Комбинируя далее (7.61) и (7.62) при Api<Ayn<, определяем |
|
необходимую величину собственного затухания контура |
|
4 < ( 0 , 1 -4-0,4) Л'- Aj;, |
(7.63) |
Схемы каскадов с коррекцией внутренней обратной связи в транзисторных УПЧ
Из выражении (7.36) и (7.38) видно, что характер внутренней
обратной связи существенно зависит |
от фазового угла C-) = |
arg Ц\чу*\. |
|||||
При |
cos 0 = 1 |
(условие |
коррекции) |
внутренняя обратная |
связь |
деи |
|
ствптельна и положительна па частоте / = 0, действительна |
и отрица |
||||||
тельна на резонансной частоте / Р. |
|
|
|
||||
У биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером |
|
||||||
|
|
0 = |
arctg |
|
|
|
|
|
|
|
|
f s + |
a i г / р |
|
|
где |
a,< = 2 n /sCi2/£ i2, cti2= 2n/pCt2/g i2. |
|
|
а к = |
|||
|
Для удовлетворения |
условия коррекции необходимо, чтобы |
|||||
= 1. |
Обычно |
же ак>1 |
и |
в схему каскада приходится включать |
д о |
||
полнительную |
внешнюю |
обратную связь, образующую цепь -коррек |
ции. Возможны три простые схемы коррекции: типа R (рис. 7.15,а), типа L (рис. 7.15,6) и типа С (рис. 7.15,и).
Транзистор с подключенными к нему элементами RKy LK и С,, можно рассматривать как некоторый эквивалентный усилительный прибор. Для него условие коррекции записывается в виде
(Хк;)=1. (7.64)
Элементы Ru, L,.- и Ск незначительно изменяют частоту fH эквива лентного усилительного прибора, однако они существенно уменьшают постоянную ай э по сравнению с ак. Нетрудно показать, что постояи-
йай ciк для схем (рис. 7.15) определяется следующими сботйоШё* ниями
SiiR*/V + ^ 12^к) |
(рис. |
7.15,а), |
1/б)р Г-лСх2 |
(рис. 7.15,6), |
|
С к ( I — ntj) |
(рис. |
7.15,в). |
т< |
|
|
Очевидно, что ак э<(Хк.
Из трех возможных типов коррекции практическое применение находит коррекция типа С. Существенным недостатком коррекции типа R и L является связь цепи коллектора и базы по постоянному току, что может привести к недопустимым изменениям режима тран зистора по постоянному току. Этот недостаток мог быть устранен включением в цепь коррекции разделительного конденсатора. Однако это усложняет схему. Кроме того, использование конденсатора Ск вместо индуктивности L„ (предпочтительно из технологических сооб ражений. При использовании коррекции типа R увеличивается вход ная и особенно -выходная проводимость эквивалентного усилитель
ного прибора:
SllK=gll+ (1/ÆK), ^22H =^22+ (1/Яи).
Это нежелательно, так как уменьшается усилительный потенциал каскада и его коэффициент усиления. Емкость конденсатора коррек ции определяется из формул (7.64).
Коэффициент усиления каскада с коррекцией Л'Р|К определяется вы ражением
к*р.
Лр,к_ 1+ (Кр./Лк)2 ’
где /Cpi — резонансный коэффициент усиления каскада без учета
обратных связей; Au = V g 2ilg\2 — активность эквивалентного усили
тельного прибора.
Коррекция типа С не изменяет величин входной и выходной про водимостей усилительного прибора. Применение коррекции целесооб разно, если ArpiK>(l,2-f-l,5)/Cyi.
7.7. ОСОБЕННОСТИ ТРАНЗИСТОРНЫХ КАСКОДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Усилитель типа общий эмиттер — общий эмиттер (рис. 7.16)
Принципиальную схему усилителя можно рассматри вать как каскадное соединение апериодического (на первом транзисторе) и резонансного (на втором) кас кадов.
Усилитель имеет две особенности, связанные с выбо ром элементов схемы апериодического каскада (У?к, Сз) и ослаблением внутренней обратной связи во втором транзисторе. Рассмотрим их в указанном порядке. Пола-
Рис. 7.16. Принципиальная схема каскодного УПЧ типа общий эмиттер — общий эмиттер.
гаем, что обратная связь в резонансном каскаде отсут ствует, тогда коэффициент усиления первого каскада
К ___________ êli__________
* gmy ii+ ( f/f.r W + ( 2 ”KVl ’
где gzi, fs — низкочастотное значение крутизны первого транзистора и его предельная частота; g w — полная про водимость нагрузки в цепи коллектора:
ёж— ё ы + ё п
Тк= Са/g эю Сэ = С*22+ С ц + Ст.
Наличие емкости Сэ и частотная зависимость крутизны
.первого транзистора приводят к спаду частотной харак теристики первого каскада на высоких частотах. Пола гая верхнюю граничную частоту
/в=/р + 0,5Пп и [1 + ( Ш 2][1 + (2я/тн2)]-2 ,
определяем максимально допустимую постоянную вре мени коллекторной цепи
т
КМ |
2ltf* |
У |
1 + (fn/fs)2 |
' |
Значения сопротивлений |
резисторов Rik |
и Rb находятся |
||
в результате расчета |
второго |
каскада, |
а величина со- |
254
противления резистора в коллекторной цепи
1 |
£*11 + ^22 + Cm___ J___!____ а |
|
Лк |
\м |
Л* Æg/?5 1 |
Может оказаться, что значение RK, вычисленное по по следней формуле, отрицательно, или чрезмерно велико. Это в первом случае означает, что реальное значение верхней граничной частоты в схеме каскада больше ча стоты /B=fp+0>5IIn, во втором случае приводит к неже лательно большому увеличению напряжения источника питания из-за падения напряжения на RK■В таких слу чаях значение RK выбирается из условия обеспечения необходимого режима транзистора
где Eit li — напряжение |
на коллекторе и коллекторный |
ток в типовом режиме. |
|
Примем нижнюю граничную частоту fB= / p — 5^. При |
|
учете влияния емкости |
разделительного конденсатора |
С3 на коэффициент усиления последний будет равен
где
Аналогично предыдущему, находим минимальное значе ние постоянной времени
и емкость разделительного конденсатора
С3—Тбт/ (R S "I" Я8") •
Внутренняя обратная связь во втором транзисторе приведет к изменению его входной проводимости. Не трудно показать, что в этом случае она равна
g'BX = g'll+ ё э (К \ [A 2) g,
где |
Кг, А — эквивалентная резонансная проводи- |
255
мость коллекторного колебательного контура, коэффи циент усиления с базы на коллектор второго транзисто ра и его активность; g — функция, определяемая первым
выражением (7.23). |
|
|
|
|
|
|
|
||||
К2 |
Функция g существенно неравномерна. При большом |
||||||||||
это может привести к значительной неравномерности |
|||||||||||
частотной |
характеристики |
апериодического |
каскада. |
||||||||
Наибольшая неравномерность |
имеет место |
при |
экстре |
||||||||
|
|
|
|
|
|
мальных значениях функции |
|||||
|
|
|
|
|
|
g, |
которые |
определяются |
|||
|
|
|
|
|
|
формулами (7.31). На рис. |
|||||
|
|
|
|
|
|
7.17 |
показаны |
зависимости |
|||
|
|
|
|
|
|
коэффициентов |
усиления |
||||
|
|
|
|
|
|
апериодического каскада без |
|||||
|
|
|
|
|
|
учета |
обратной |
связи Ki и |
|||
|
|
|
|
|
|
при ее учете — /Срi от обоб |
|||||
|
|
|
|
|
|
щенной расстройки л: второ |
|||||
|
|
|
|
|
|
го |
каскада. |
Очевидно, что |
|||
|
|
|
|
|
|
результирующая |
резонанс |
||||
|
|
|
|
|
|
ная кривая будет искажена. |
|||||
|
|
|
|
|
|
Наиболее характерным яв |
|||||
Рис. |
7.17. |
Влияние |
внутренней |
ляется смещение ее 'максиму |
|||||||
обратной |
связи |
в |
транзисторе |
ма в область более низких ча |
|||||||
резонансного |
каскада |
(рис. |
стот по сравнению с часто |
||||||||
7.16) |
на |
коэффициент |
усиле |
||||||||
|
|
ния каскада. |
|
той |
настройки |
контура LC. |
|||||
|
|
|
|
|
|
Этот недостаток |
устраняется |
применением в резонансном каскаде коррекции или сов мещенной нейтрализации (рис. 7.18). Схема усилителя при этом содержит большее количество деталей по сравнению, например, с каскодным усилителем общий эмиттер — общая база (рис. 7.19,а). В этой связи необ ходимо определить частоту, до которой целесообразно применение усилителя общий эмиттер — общий эмиттер. Эта частота может быть получена из условия равенства усилительных потенциалов Лм(оэ-оэ) —7См(оэ-об). Решение этого уравнения относительно граничной частоты /гк в явном виде с учетом частотных свойств параметров транзисторов затруднительно. Наиболее просто задача решается приближенно сравнением усилительных потен циалов на средней частоте полосы пропускания для идентичных транзисторов. В первом приближении
?М
Р и с . 7 . 1 8 . П р и н ц и п и а л ь н ы е |
с х е м ы |
к а с к о д п о г о |
У П Ч |
т и п а |
о б щ и н |
э м и т т е р — о б щ и й э м и т т е р : |
|
|
|
а — с коррекцией; б ~ с нейтрализацией внутренней обратной связи.
При / о < 7 г к целесообразно применить |
схему общин |
эмиттер — общий эмиттер, в случае |
— схему об |
щий эмиттер — общая база. |
|
Усилитель типа общий эмиттер — общая база
Соединение транзисторов общий эмиттер — общая ба за является основным для каскадов УПЧ специальной аппаратуры. Оно имеет по сравнению с включением с об щим эмиттером два важных достоинства: в 10—30 раз большее значение активности и примерно в 2—3 раза более высокий усилительный потенциал. Это позволяет получить от каскада больший устойчивый коэффициент усиления.
В усилителе рис. 7.19,и применено последовательное питание коллекторных цепей обоих транзисторов. Коли чество деталей в схеме каскада несколько больше, чем
17-296 |
257 |
у аналогичного каскада с общим эмиттером, по значи тельно меньше по сравнению со схемой с параллельным питанием транзисторов (рис. 7.19,6). Усилитель рис. 7.19,а требует примерно вдвое большего напряжения источни ка питания, а усилитель рис. 7.19,6 потребляет примерно
Р и с . 7 . 1 9 . П р 1П Щ 11Ш 1м л ы 1ы е с х е м ы |
к а с к о д н о г о У П Ч |
т и п а о б щ и м |
|
|
э м и т т с о — о б щ а я б а з а : |
|
|
а — с |
доватсльиым; б — с |
паралле: |
|
вдвое больший ток, чем схема с общим эмиттером. Осо бенностью схемы является то, что первый транзистор практически не дает усиления сигнала по напряжению из-за большой входной проводимости второго транзисто ра. Коэффициент усиления первого транзистора, при идентичных транзисторах всегда несколько меньше еди ницы.
ГЛАВА 8 |
ТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УПЧ |
|
С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ |
|
ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ |
8.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Тракт промежуточной частоты приемника включает в себя каскады различных типов; преобразователь ча стоты, предварительные (обычно идентичные) каскады и оконечный каскад, работающий на детектор или на нагрузку другого типа. Все эти каскады вносят опреде ленный вклад как в усиление полезного сигнала на про межуточной частоте, так и в частотную избирательность усилителя.
Методика расчета перечисленных каскадов содержит много общего. По этой причине и с целью сокращений объема книги во всех расчетных формулах приняты обоб щенные обозначения (табл. 8.1). Для расчета тракта про межуточной частоты приемника необходимы следующие исходные Данные:
—номинальная промежуточная частота /0;
—полоса пропускания на уровне 0,7—П?1;
—коэффициент усиления по напряжению с учетом усиления преобразователя частоты Кп;
—требования к форме резонансной кривой: тип А,
Вили С и максимальная относительная неравномер ность ее вершины — огр;
—тип усилительных приборов и их параметры на номинальной промежуточной частоте в типовом режи ме *>: giu с и, g22, С22, gi2, с 12, г/21 И относительная неста бильности емкостей ДСи/Сп, ДС22/С22;
—параметры преобразователя частоты: крутизна
преобразования — S n, выходная проводимость £22п, вы ходная емкость С22п и ее относительная нестабильность
ДС^п/Сггп'
— параметры нагрузки: проводимость £д, емкость Сд и ее относительная нестабильность ДСл/Сд;
С о о б р а ж е н и я п о в ы б о р у т и п а у с и л и т е л ь н о г о п р и б о р а д л я У П Ч и з л о ж е н ы и H i . 2 .
Обобщенные обозначения вспомогательных расчетных величин
Наименование параметра |
Обобщенное |
||||
обозначение |
|||||
|
|
|
|
||
Выходная проводимость |
gt |
||||
усилительного |
прибора |
|
|||
Входная |
проводимость |
gi |
|||
усилительного |
прибора |
|
|||
Выходная емкость |
уси |
c t |
|||
лительного |
прибора |
|
|
||
Входная |
емкость |
уси |
Ct |
||
лительного |
прибора |
|
|
||
Выходная |
постоянная |
“i |
|||
усилительного |
прибора |
|
|||
Входная |
|
постоянная |
al |
||
усилительного |
прибора |
|
gt< 8 1
Постоянная контура в amc одноконтурном каскаде
g i > g i
Преобразователь частоты
&22П
gn
^22П
С ,,
0 р ^22П
“22П 2nfp g22n
п _ "4р g»
Ы , С + С- 6 22П
,с + с т
2"fp gn
Тип каскада
Предварительные каскады
&22
gn
С22
Cil
“” = ^ РЙ г
"= 2^
о' С + Ст
2‘lfP g22
2 -f С + Ст 2"'р gu
Оконечный каскад
&22
&вхд
С22
£д
n f |
С |
2"'Р |
g22 |
9—F |
С + С"* |
2“fp |
g tt |