книги / Усилители промежуточной частоты
..pdfC i2 2 = C l 2 l[cp2 (a s 2 )Ap2(a si)],
I ^21 I 2= I ^21 I lCP2((X«2) /ф2 (ael) ;
1\де C iii, Ci2i» C%2i» |^ 2i |i — известные параметры на частоте /i; Cm, Ci22, С222, I ^2112 — значения параметров на частоте /г-
Может, наконец, оказаться, что режим работы транзистора отли чается от режима, для которого известны параметры. В этом случае пересчет осуществляется по формулам
&212=£211<7, £т=£ш<7, ^222=^221q, <7= /к2/Ли,
где ^2ii, gnu g22i — известные параметры при коллекторном токе, равном / KI; £ 222, gn 2j gaz — определяемые параметры при коллек торном токе / к2*
Другие параметры (гб, £ 12, Си, Ci2, С22) слабо зависят от кол
лекторного тока и с этой зависимостью можно не считаться!
2.6. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ В УПЧ
При выборе для УПЧ полевых транзисторов учитываются сле дующие рекомендации:
1.В УПЧ целесообразно применение полевых транзисторов с изо лированным затвором (МДП-транзисторы), так как они имеют зна чительно меньшую обратную проходную проводимость, по сравнению
странзисторами с р-п переходом. Основной является схема с общим истоком.
2.Полевые транзисторы имеют значительно (на несколько поряд ков) меньшую входную прозодимость по сравнению с входной про водимостью биполярных транзисторов. Поэтому их целесообразно использовать в первых каскадах УПЧ, когда необходимо получить большое входное сопротивление усилителя (например, если непосред ственно на входе УПЧ включен кварцевый фильтр).
3.Передаточная характеристика полевых транзисторов по фор ме близка к квадратичной. Это делает весьма рациональным их использование во входных каскадах УПЧ и в регулируемых каскадах системы АРУ. При этом достигаются малые нелинейные искажения сгибающей амплнтудно-модулированного сигнала, небольшой уровень перекрестной модуляции и значительный динамический диапазон ре гулировки усиления.
4.Хорошие полевые транзисторы могут иметь меньший уровень собственных шумов по сравнению с биполярными. Поэтому их целе сообразно применять во входных каскадах малошумящих УПЧ спе циальных приемников.
5.Крутизна полевых транзисторов составляет несколько единиц
мнллисименсов, что примерно на порядок меньше, чем у биполярных транзисторов. Поэтому их усилительные возможности заметно ниже, чем у биполярных транзистороз.
В настоящее время используются полевые транзисторы трех ти пов: с управляющим р-п переходом и МДП-транзисторы с индуци рованным каналом и каналом, созданным технологическим путем [2]. Каждый из этих типов транзисторов может быть выполнен с я-ка- иалом (электронная проводимость) или p-каналом (дырочная прово димость). Естественно, что транзисторы с различным характером проводимости канала требуют противоположной полярности питаю щего напряжения.
Глава i |
МЕЖКАСКАДНЫЕ ЦЕПИ УСИЛИТЕЛЕЙ |
|
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ |
S.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕЖКАСКАДНЫХ ЦЕПЕЙ
Межкаскадные цепи в УПЧ в общем случае выпол няют следующие три основные функции:
—передача энергии сигнала от усилительного при бора каскада к его нагрузке или усилительному прибору следующего каскада;
—обеспечение заданной полосы пропускания, а при необходимости и заданных частотно-избирательных свойств;
—согласование усилительного прибора с нагрузкой
сцелью получения максимального усиления.
В реальных УПЧ межкаскадная цепь может реали зовать лишь часть указанных функций.
Межкаскадная цепь может выполнять и некоторые другие функции. Например, в транзисторных УПЧ с ней трализацией внутренней обратной связи она обеспечива ет противофазность напряжения, подаваемого в цепь нейтрализации, и напряжения паразитной обратной свя зи. Через элементы межкаскадных цепей в схемах УПЧ подаются постоянные напряжения питания на электроды усилительных приборов. В подавляющем большинстве каскадов УПЧ различного назначения применяют четы ре основных типа межкаскадных цепей:
— апериодические (резисторные) межкаскадные цепи, представляющие собой соединение резисторов и конденсаторов;
—одноконтурные, состоящие из одного LC колебательного контура;
—дьухконтурные, включающие в себя систему из двух связанных колебательных контуров (двухконтур* иый полосовой фильтр);
—сложные межкаскадиые цепи, состоящие из не* скольких (больше двух) колебательных контуров или из специальных фильтров: электромеханических, пьезокера мических и других типов фильтров.
Название УПЧ и его каскадов обычно определяется типом межкаскадной цепи: «одноконтурные», «двухкон турные», «комбинированные с одноконтурными и двух контурными каскадами» и др.
Подключение усилительных приборов и нагрузки к межкаскадной цепи приводит к изменению всех ее ха рактеристик. Свойства межкаскадной цепи необходимо оценивать с учетом активных и реактивных провддимостей, вносимых усилительными приборами. Такую меж каскадную цепь принято называть эквивалентной меж каскадной цепью.
В данной глазе рассматриваются свойства и харак теристики этих цепей.
3.2. АПЕРИОДИЧЕСКИЕ МЕЖКАСКАДНЫЕ ЦЕПИ
Этот вид межкаскадиых цепей используется в усилительных кас кадах УПЧ с ФСИ при невысоких (до нескольких единиц мегагерц) промежуточных частотах.
Примеры схем каскадов показаны на рис. 3.1.
Через резисторы /?а, RK, RC подается напряжение питания соот ветственно на анод, коллектор и сток. Переменная составляющая тока выходной цепи усилительного прибора образует на этих рези сторах падение напряжения полезного сигнала, которое через разде лительный конденсатор Ср подается на вход усилительного прибора следующего каскада. Через резисторы Rg, R2, R3 и R3 на управляю
щую сетку (базу и затвор) подается напряжение смещения. Схемы рис. 3.1 для переменных составляющих тока и напряжений могут быть заменены одной обобщенной (рис. 3.2,a), a с учетом упрощен ных эквивалентных схем рис. 2.4,в — одной эквивалентной схемой, показанной на рис. 3.2,6. Здесь: Ri — обобщенное обозначение рези сторов Ra, RK, RC; Ri — резисторов Rg, Я2# з/( # 2+ # з) и R3\ Cm —
емкость монтажа; £ ц с, С цс — входная проводимость и емкость уси лительного прибора следующего каскада.
Сопротивление резистора Ri в каскадах на электронных лампах и униполярных транзисторах редко превышает 1—2 мом. Для бипо
лярных транзисторов R i^ 100 ком. |
|
Емкость разделительного конденсатора СР выбирается |
из |
условия |
|
Cp-^TiKR'i+R'i), |
(3.1) |
где |
|
0,35//о; Rrt = RJ(\ + £ 22^1)1 Rri = Rif(\ + ^ и Л ) - |
(3-2) |
В этом случае напряжение г/»с меньше щ не более, чем на 10%, что позволяет не учитывать влияние Ср в эквивалентной схеме, которая принимает вид, показанный на рис. 3.2/?, причем
C 3= C 2 2 + C i i c + C m, |
ga = g 2 2 + ( U R i ) + |
&11С + (1 /Ri) . |
|
В общем случае |
усилитель |
может содержать |
п каскадов Коэффи |
циенты усиления |
по напряжению [9]: |
|
|
Рис. 3.1. Межкаскадныс цепи резисторных каскадов:
а —-лампового; б — иа биполярных транзисторах; в — на полевы |
трапзи- |
|
. |
сторах. |
|
— на промежуточной частоте |
|
|
Кол = |
Ксп/О + 4о )"/2; |
(з.з) |
— на краях полосы пропускания (рис. 3.2,г)
К,„ = *„„'•(I |
+ “si )'!/2 ма частоте / , |
= / „ |
— П„/2, |
(3.4) |
|
К2„ ^ Ко„/(1 + |
“э2 )П/2 «а частоте f2= |
/0 + |
Пп/2, |
(3.5) |
|
где Ксл = [ | //2 11/8о]п, |
а:,о= 2 л/оСа/5 „; |
аЭ| = 2л‘tiC3/g0, а э2= 2nftCo/go. |
|||
Нетрудно показать, что при П п < / 0 |
относительное |
приращение |
уси- |
||
44
лспия на краях полосы пропускания
А/Сп_ |
Х«»- K m . |
К„1-Клп _ |
пП"°зО |
Коп |
Коп |
Коп ~ |
2/0(1+о|0) |
Величина АКп/Коп не должна превышать допустимого значения
АК/К, что выполняется при |
___________________ |
|
go * gon, = 2 |
| / * “Г (х /х) " 1 |
(3-7) |
или |
|
|
(1 /Л 0 > ^ э« -« Г 2 2 -Я н с — (1/ft). |
(3.8) |
|
В этом случае коэффициент усиления по напряжению на промежуточ ной частоте
п |
'_2_Пп АК\«/2 |
|
Коп=Ке |
\п L К ) ’ |
(3.9) |
где Кс= I //21 |/2лП пСэ — единичное усиление.
Рис. 3.2. Обобщенная (а), эквивалентная (б) и приведенная {в) схемы каскада резисторного усилителя и его частотная характери стика (г).
В узкополосных УПЧ возможны случаи, когда проводимость gom меньше суммы проводимостей g 2z+gnc + VRi или незначительно пре
вышает ее. При этом сопротивление резистора Ru рассчитанное по формуле (3.8), принимает отрицательное или слишком большое поло жительное значение. В последнем случае потребуется источник пита ния с нежелательно высоким напряжением. Физический случай R, < О означает, что сумма проводимостей g 22-f^iic -f- VRi велика и нерав
номерность усиления не превышает допустимого значения даже при Ri = оо. Величину сопротивления резистора Ri в подобных случаях выбирают из условия обеспечения необходимого режима питания уси лительного прибора при заданном напряжении источника питания
|
|
|
(3.10) |
где |
Е — напряжение источника питания; *?i — падение напряжения |
||
на |
резисторе |
R\\ е,- — напряжение |
на участке анод — катод (коллек |
тор — эмиттер |
или сток — исток); |
е$ — падение напряжения на ре |
|
зисторе фильтра развязки (при наличии фильтра).
3.3. ОДНОКОНТУРНЫЕ МЕЖКАСКАДНЫЕ ЦЕПИ
Одноконтурные межкаскадные цепи являются наибо лее распространенными в УПЧ. В усилителях на элек тронных лампах и полевых транзисторах, а также в УПЧ на биполярных транзисторах с общим эмиттером или каскодных соединениях типа общий эмиттер — об щая база и общий эмиттер — общий эмиттер использует ся параллельное подключение к контуру усилительного прибора и нагрузки (усилительного прибора следующего каскада). В широкополосных усилителях с общей базой и каскодных соединениях общая база — общая база и общая база — общий эмиттер находит применение также последовательное включение в контур входной цепи транзистора следующего каскада.
В ламповых усилителях обычным* является непосред ственное (полное) включение контура в анодную цепь лампы каскада и в сеточную цепь лампы следующего каскада (рис. 3.3,а). Лишь в тех случаях, когда внутрен няя обратная связь лампы приводит к неустойчивой ра боте каскада или при избыточности усиления, приме няется автотрансформаторное включение контура в анод ную цепь и непосредственное — в сеточную (рис. 3.3,6).
Эти же способы включения используются в усилите лях на полевых транзисторах рис. 3.4. Наиболее часто встречающиеся способы включения колебательного кон тура в УПЧ на биполярных транзисторах показаны на рис. 3.5. Неполное включение здесь делается по двум причинам: во-первых, для уменьшения шунтирующего
46
Действия на колебательный контур выходной проводи мости предыдущего транзистора и особенно входной проводимости транзистора следующего каскада, во-вто рых, для согласования этих проводимостей с целью по лучения максимального усиления. Возможные схемы
Рис. 3.3. Каскад одноконтур ного лампового усилителя с непосредственным (а), с ав тотрансформаторным включе нием контура (б).
Рис. 3.4. Каскад одноконтурного усилителя па униполярных тран зисторах с непосредственным (а), с автотрансформаторным включе нием контура (б).
включения параллельного контура в обобщенном каска де одноконтурного УПЧ сведены в табл. 3.1. Аналогич ные схемы каскадов с последовательным включением в контур усилительного прибора следующего каскада приведены в табл. 3.2.
Выбор той или иной схемы определяется конкретны ми конструктивными и технологическими требованиями, особенностями питания усилительных приборов и т. п. Степень включения колебательного контура в схему кас када характеризуется коэффициентами трансформации
mi = Ui/uK mi=Uic/iiu.
Al
8)
Рис. 3.5. Каскад одноконтурного усилителя на биполярных транзи сторах с двойным автотрансформаторным (а), с автотрансформатор но-трансформаторным (б), с автотрансформаторно-емкостным вклю чением контура (в).
Величины т{ и mi не превышают единицы. Кроме того, у схем с обратным автотрансформаторным и обратным емкостным включением они связаны соотношением
nii+mi= 1. |
(3.11) |
Значения т,- и mi находятся в результате электрического расчета УПЧ.