книги из ГПНТБ / Кузьмин, А. А. Маломощные усилители с распределенным усилением

Некоторые выводы. По-прежнему подавляющую долю в коэффициент шума вносят источники шумов первого транзистора. При этом Fz имеет наибольшую величину.

Абсолютное значение Fz тем больше, чем больше гб и

Roc, а увеличение этой составляющей в диапазоне частот

тем интенсивней, чем ближе верхняя граничная частота усилителя к fT транзистора. Поэтому и на высоких час­ тотах изменение режима транзисторов мало влияет на величину коэффициента шума. Составляющая F'бэ слабо зависит от частоты, F'к на высоких частотах интенсивно

растет.

FJ6

8

6

О

2

Рис. 8.7. Зависимость суммы F бэ, F’к, Fz от | при.различных зна­ чениях а:

0,02 (7), 0,06 (2), 0,1 (3), 0,2 (4), 0,35 (5).

Рис. 8.8. Частотные зависимости коэффициента шума каскада УРУ на транзисторах по каскодной схеме ОЭ—ОБ.

Повышенный абсолютный уровень Fm и его рост в

диапазоне частот имеют место в основном из-за влия­ ния сопротивления и реактивностей УЭ, уменьшающих Дик и |г/21к|. Для построения малошумящего каскада

РУ можно рекомендовать выбирать частоту среза фильт­ ров по отношению к fTтакой, чтобы

Днк< (1—2)тш01.

При этом потери во входной ПЛ будут сравнительно ма­ лыми и потребуется небольшое Дос для уменьшения сте­

В заключение следует отметить, что УРУ на совре­ менных транзисторах имеют меньший коэффициент шу­ ма по сравнению с коэффициентом шума ламповых уси­ лителей, что подтверждают результаты испытаний мно­ гих разработанных лабораторных макетов и опытных образцов (см. табл. 10.1 и 10.2).

8.4. АНАЛИЗ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КАСКАДА СТРУКТУРЫ h С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРАНЗИСТОРОВ ПО СХЕМЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ И СИММЕТРИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Транзисторные УРУ параллельной структуры целесо­ образно использовать в качестве маломощных предва­ рительных усилителей. Для усиления сигналов с ампли­ тудой более 0,1 В они мало пригодны. Объясняется это тем, что увеличение амплитуды входного сигнала при постоянном уровне нелинейных искажений предполага­ ет соответствующее увеличение эмиттерных и коллектор­ ных токов транзисторов. Но увеличение постоянных составляющих этих токов, как известно, приводит к умень­ шению входных сопротивлений транзисторов и, следо­ вательно, к увеличению потерь во входной линии каска­ да. Таким образом, в каскаде параллельной структуры существует неблагоприятное сочетание ряда факторов, • ограничивающих широкополосные усилительные и дина­

164

разно выполнять на сравнительно мощных транзисторах. Поэтому такие усилители могут найти применение в ка­ честве выходных каскадов различных приемоусилитель­ ных устройств.

Для построения транзисторных УРУ последователь­ но-параллельной структуры лучше использовать включе­ ние транзистора по схеме с ОБ, так как оно обеспечивает самое низкое входное сопротивление транзистора. Од­ нако для обеспечения последовательного включения вхо­ да транзистора в продольное пле­ чо фильтра необходимы широко­ полосные симметрирующие устройства.

Известны две разновидности УРУ последовательно-параллель­ ной структуры на транзисторах

сОБ (рис. 1.5 и 8.9). Схема рис.

1.5предложена Б. М. Сосиным [5],

ная симметрирующая линия. Катушки индуктивности СУ могут быть намотаны, например, на ферритовом кольце двумя параллельными проводниками (рис. 8.10). Недо­ статком каскада структуры h является наличие симмет­ рирующих устройств, ограничивающих полосу пропуска­ ния со стороны нижних и верхних частот и усложняю­ щих конструкцию каскада.

8.4.1. Параметры усилительного элемента

Усилительный элемент каскада структуры h пред­

ставляет собой цепочечное соединение двух четырехпо­

165

параметры их соединения [ау], а затем перейдем к си­ стеме необходимых нам h-параметров [/гу]. Таким образом, [ау]= [ас] [ат], а переход от [ау] к J7iy] можно произвести, используя соотношения, приведенные в [29]. В результате перемножения матриц и замены Л-пара- метров транзистора на его ^-параметры имеем

коэффициент передачи - no току симметрирующего устройства слева направо при нагружении его на сопро­ тивление, равное hm; ацс — Л-параметры симметриру­

ющего устройства. При выводе формул (8.65) — (8.69) учтена обратимость СУ. Выражения для Л-параметров схемы с общей базой приведены в § 8.1 формулы (8.9) — (8.12). Следовательно, задача сводится к определению параметров СУ.

8.4.2.Параметры симметрирующих устройств

Вобщем случае при работе в широкой полосе частот симметри­ рующие устройства нужно рассматривать как пассивные четырех­ полюсники, получаемые путем эквивалентных преобразований из рас­

пределенного 2(р+ 1)-полюсника (р = 2), представляющего собой систему двух связанных линий (рис. 8.Г2). Уравнения системы име­ ют вид [30, 60]

(ададФ Ч Л л хададь

166

взяты на всей длине СУ.

Матрицы (8.70) и выражение (8.71) получены при условии су­ ществования в системе одного типа волн (30]. При этом ZmY=ZYCB

или

&м =kc—kcъ,

где &m= M/Lc, &с= Сев/(Сс “ЬСсв) .

Рис. 8.12. Схема связанных линий.

Рис. 8.13. Схемы симметрирующих устройств:

а) для включения по схеме Сосина; б) для включения по схеме Шапиро.

Симметрирующие устройства как четырехполюсники образуются из схемы (рис. 8.12) путем короткого замыкания соответствующих полюсов (рис. 8.13,а, б). При этом накладываются условия: для схемы а — Н2=0, h = h , Ui3 = Ui—Us-, для схемы б — П4= 0, / 2= = —Л, t/12= £/i—!£/2- Уравнения СУ, представленные через А-пара- метры, имеют вид [61]

167

На основании >(8.72), (8.76) можно сделать вывод о том, что рас­ сматриваемые СУ являются несимметричными обратимыми четырех­ полюсниками.

8.4.3. Анализ и сравнение широкополосности симметрирующих устройств

Входной параметр Ацб транзистора по схеме с ОБ носит ин­ дуктивный характер

и является нагрузочным сопротивлением для СУ. Частотные свой­ ства усилительного элемента, а следовательно, и каскада УРУ опре­

с ОБ в области высоких частот нагрузкой его служит практически чистая индуктивность. При этом естественно, что диапазонные свой­ ства СУ как чисто реактивной системы будут зависеть от резонанс­

не производя количественной оценки, какая из схем является более

168

К а могут возрастать до °о на частотах, равных резонансным ча­

стотам СУ (/р), которым соответствуют 0Р, определяемые из урав­ нений

ций соответственно /н и р и показаны на рис. 8.14. Решения с до­ статочной степенью точности также могут быть представле­ ны в виде приближенных фор­ мул: для схемы а

лютные резонансные частоты, соответствующие 0р ” ,

На практике из-за большой неравномерности коэффициента переда­ чи тока СУ работа в полосе частот до fp’ практически невозмож­

на. Более точно широкополосность того или иного СУ можно ха­ рактеризовать его граничной частотой. В дальнейшем под граничной

частотой симметрирующего устройства / р’ будем понимать часто­ ту, на которой относительный коэффициент передачи по току СУ становится равным V 2. При таком определении

Данные трансцендентные уравнения так же, как и (8.80), решены графически. Зависимости 0Гр' от /н и 0 Гр" от р показаны на рис. 8.14. Определить Згр'", удовлетворяющие уравнениям (8.81),

169

Выражение (8.84) получено из (8.82) путем разложения тригоно­ метрических функций в степенной ряд, ограниченный двумя первы­

Анализируя выражения i(8.83)—‘(8.85), можно сделать вывод о том, что граничные частоты симметрирующих устройств с заданной ин­ дуктивностью обмоток Lc возрастают с увеличением коэффициента связи между обмотками и уменьшением величин межобмоточной емкости, а также индуктивности нагрузки Ан. Поэтому при изготов­ лении широкополосных СУ необходимо стремиться к получению мак­ симально близких к единице значений коэффициента связи, мини­ мальных величин индуктивностей нагрузки и собственных выводов симметрирующих устройств.

Формулы (8.83) — (8.85) и графики рис. 8.14 позволя­ ют сравнить широкополосность рассматриваемых СУ. Не­ трудно видеть, что двухобмоточный трансформатор тока с распределенными параметрами является в несколько раз более широкополосным симметрирующим устройст­ вом, чем двухпроводная симметрирующая линия. Поэто­ му применение СУ по схеме Сосина в распределенных усилителях последовательно-параллельной структуры является оправданным и целесообразным. Дальнейший анализ производится в предположении применения СУ трансформаторной схемы.

8.4.4.Параметры усилительного элемента на транзисторе

сОБ и трансформаторном симметрирующем устройстве

Формулы для /г-параметров УЭ в общем виде можно определить по (8.65) — (8.69) с использованием (8.72). Однако применение их весьма затруднительно из-за оче­ видной громоздкости. Формулы можно представить в при­ емлемом виде, если учесть практически реальные соот­ ношения между величинами параметров.

170

В большинстве случаев практически оправдано соотно­ шение

Условия (8.89), (8.90) могут быть полезны при рассмот­

входное сопротивление УЭ, вносимое в продольное пле­

Формула (8.92а) отражает физические свойства СУ. Действительно, при kCB = l и /н= 0 (идеальный случай) LBH= 0 , при увеличении LHи уменьшении kCB LBHрастет.

Величина LBHиграет существенную роль при реализации каскада УРУ структуры h.

8.4.5. Коэффициент усиления и амплитудно-частотная характеристика каскада

Анализ коэффициента усиления и АЧХ рассматрива­ емого каскада проводится при следующих условиях: об­ ратная связь через УЭ мала (/игу— 0); потери во вход­

строится на ФНЧ типа k при использовании трансфор­

маторных СУ (как наиболее широкополосных); раесмат-

172 *