Teoria_SURRT

U в ых2 КсcUв х1 КсбUв х2 КсcUв х2 КсcUв х2 Ксc (U в х1 U в х2 ) ( Ксc Ксб )Uв х2 ,

где первое слагаемое соответствует переданному на выход дифференциальному входному напряжению, второе – синфазному. Поэтому с учетом выражения

(3.13)

Кoсc Ксc | Ксc Ксб | 1 , (3.15)

откуда снова вытекает необходимость применения вместо сопротивления R0 ГСТ.

Входное сопротивление каскада в режиме дифференциального входа, называемое входным дифференциальным сопротивлением, составляет

Rв х д 2( rБ ( 1 )( rЭ RЭ )) 2( 1 )( rЭ RЭ )

и оказывается примерно равным входному сопротивлению Rв х при несимметричном входе. Входное сопротивление для синфазного сигнала (синфазное входное сопротивление) определяется между базами транзисторов, соединенными между собой, и общей точкой [2]:

Rв х с = rК R0 ( 1 )( rК 2R0 ( 1 ).

ДУ широко используют в схемотехнике благодаря следующим его свойствам: возможность большого усиления дифференциальных сигналов и нечувствительность к синфазным помехам; симметрия схемы, обеспечивающая малый дрейф нуля и слабую зависимость параметров от температуры и производственного разброса элементов (одинаковые отклонения в интегральной технологии); отсутствие блокировочных емкостей в цепях эмиттеров. В режиме дифференциального выхода при полной симметрии каскада и дифференциальном входном сигнале синфазная составляющая подавляется полностью. На практике реальные значения коэффициента Ко с с лежат в пределах 80…110 (40…70 дБ) для ДУ на согласованных (дискретных) Т. Дальнейшее ослабление синфазной помехи обеспечивают: последовательным включением двух ДУ, где коллекторы Т первого ДУ соединяют непосредственно с базами Т второго ДУ; введением вместо сопротивления R0 ГСТ I0 (рис. 3.7, б). В последней схеме с помощью дополнительных емкостей CН уменьшают входную емкость дифференциального входа [3]:

81

VT4 включены по схеме с ОБ. Па-

больше, по сравнению с ДУ по схемам рис.3.7, 3.8 (при однопо-

люсном выходе), а входное сопротивление вдвое меньше из-за параллельного включения двух каскадов. Выходное напряжение покоя не зависит от тивления нагрузки RК . Последнее выбирают исходя из требуемого значения параметра KU [3].

ДУ на ПТ (рис.3.10) обладает следующими параметрами [3]:

венно постоянный ток I0 выбирают из условия I0 IC0нас . Вследствие малых значений крутизны S в усилителях низкой частоты целесообразно использовать вместо сопротивления R0 ГСТ с большим выходным сопротивлением, а выход ДУ делать симметричным для удвоения коэффициента усиления.

83

4. МАЛОСИГНАЛЬНОЕ УСИЛЕНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ РСРВТВ

4.1.Усилительные элементы малосигнальных широкополосных усилителей диапазонов КВ, ОВЧ и УВЧ

Малосигнальные широкополосные усилители диапазонов КВ, ОВЧ и УВЧ строят последовательным (каскадным) соединением отдельных усилительных элементов (УЭ), чаще всего однотипных. При небольших значениях коэффициента KU ( K P ) усиления по напряжению (мощности) усилитель со-

стоит из одного УЭ. Используемые на практике УЭ различаются типом и количеством активных элементов (транзисторов), видом нагрузки и типом ОС. Учитывая это, с целью систематизации и упрощения рассмотрения целесообразно ввести условные обозначения УЭ по следующей схеме: иерархический уровень сложности – схема включения – вид нагрузки – вид ОС. Иерархический уровень сложности определяется количеством Т, обозначается цифрами 1, 2 или 3: 1 – I уровень сложности (1 Т); 2 – II уровень (2 Т); 3 – III уровень (3 либо 4 Т). Группа букв (схема включения) обозначает тип используемых Т (биполярный, полевой) и схему их включения. В случае УЭ II и III уровней сложности в конце группы в скобках может присутствовать буква Б, П или С, что означает реализацию на биполярных (Б), полевых (П) либо на биполярных и полевых транзисторах (С). Тип нагрузки: R – резистивная; L – индуктивная; LC – избирательная. Вид ОС: R – так называемая R-обратная связь (ОС через омическое сопротивление); Х – Х-обратная связь (через реактивный элемент); О – отсутствие элементов ОС [9].

Сравнительный анализ показывает, что для построения малосигнальных широкополосных усилителей диапазонов КВ, ОВЧ и УВЧ применяются в ос-

85

УЭ 1 – ОБ – L – Х (рис. 4.1, а) характеризуется следующими параметрами

[9]:

Zв х ( N 1) RН N 2 rЭ rБ ,

Zв ых N 2 ( RГ rБ rЭ )( ( N 1)),

KU N 1 N 2 ( rБ rЭ )( RН ( N 1)) 1 ,

стей С2, С4 (С1 , С3) не должны превышать 10 (1) Ом. Трансформатор Тр1 выполняется бифилярно/трифилярно из скрученных проводов на тороидальном сердечнике, трансформатор Тр2 –

бифилярно на тороидальном сердечнике либо в виде трансформатора на длинной линии. Обычно W2 = W1 , W3 < W1. Причем от отношения W1 W3 существенно зависят параметры УЭ: с увеличением числа W3 витков возрастают значения входной точки KPi компрессии и входной интермодуляционной точки IPi3 3-го порядка, существенно уменьшается коэффициент KP усиления по мощности, незначительно понижается коэффициент F шума. Для достижения

86

оптимальных характеристик коэффициент трансформации N2 W1 :W2 выби-

рается в зависимости от отношения W1 W3 . С увеличением числа W3 витков коэффициент N2 уменьшается: при изменении W1 W3 от 10 : 1 до 10 : 7 величина N2 понижается в среднем от 12 : 7 до 9 : 11. При правильном выборе числа витков трансформаторов Тр1 и Тр2 УЭ имеет широкую полосу пропускания. Так, если трансформатор Тр1 содержит 10+10+4 (5+5+2) витков медного эмалированного провода диаметром 0,16 мм, обмотка скрученными проводами на тороидальном сердечнике FT-23-72 (FT-23-43), а трансформатор Тр2 имеет W1

9 (W1 3) (то же конструктивное выполнение), то рабочий диапазон составляет

1…50 (30…200) МГц [9].

УЭ 1 – ОБ – L – Х склонен к самовозбуждению при рассогласовании ( при коэффициенте стоячей волны, большем трех). Частота генерирования, как правило, лежит выше рабочего диапазона, возможно двухчастотное самовозбуждение. Его устранению может помочь ферритовое колечко, надеваемое на коллекторный вывод Т VT1. В случае частотно-избирательного включения УЭ необходимо тщательно уменьшать связь между входом и выходом.

Существует другой вариант принципиальной схемы УЭ 1 – ОБ – I – Х, в котором вместо элементов Тр2, R1 и С1 включают Г-образную цепь: емкость в продольной ветви соединяют между входом УЭ и обмоткой W3 , а последовательную цепь из дросселя и сопротивления – между обмоткой W3 и общей точкой. Причем в рабочем диапазоне частот сопротивление дросселя должно быть не менее 500 Ом. При прочих равных условиях рассматриваемый вариант УЭ обеспечивает примерно на 0,3…0,4 дБ лучший коэффициент F шума.

УЭ 1 – ОЭ – L – Х (рис.4.2, а) характеризуется следующими параметрами

[9]:

Zв х ( N 1) RН N 2 rЭ rБ ,

Zв ых N 2 ( RГ rБ rЭ )( ( N 1)),

где N W2 W1 ; смысл остальных параметров пояснен выше.

87

щественно понижается коэффициент KU , незначительно понижается коэффи-

циент F шума. Правильный выбор числа витков обеспечивает широкую полосу пропускания. Так, если трансформатор Тр1 содержит W1 + W2 + W3 = 3 + 10 + + (6…9) витков медного эмалированного провода диаметром 0,16 мм, обмотка скрученными проводами на тороидальном сердечнике FT-23-75, то рабочий диапазон составляет 30…200 МГц [9]. УЭ имеет относительно высокое входное сопротивление (более 1 кОм). Для получения меньших значений Z в х , на-

пример 50 Ом, наиболее просто заменить дроссель сопротивлением R соответствующей величины, но это увеличивает коэффициент шума. Для его минимизации выбирают R1 RГ – режим согласования по мощности. Динамический диапазон при этом практически не изменяется. В режиме RГ = R = Zв ых = RН (со-

гласование по входу и выходу) значения KU и K P , выраженные в децибелах,

равны. УЭ 1 – ОЭ – L – Х имеет очень стабильные параметры в 50-омных устройствах. Самовозбуждение все-таки может возникнуть (крайне редко) при включении высокоомного селективного источника из-за паразитной связи выход – вход. Схемных способов ее нейтрализации не существует, необходимо всеми возможными средствами убрать ОС.

УЭ 1 – ОЭ – L – R (рис.4.3, а), реализуемый на практике в виде принципиальной схемы рис.4.3, б, обеспечивает наилучшие результаты при условии

УЭ 1 – ОБ – L – Х. Трансформатор Тр1 с волновым сопротивлением 100 Ом выполняется на основе коаксиального кабеля (рис.4.4), отличается широкополосностью. Практически электрическую длину линии выбирают значительно меньше 4: примерно (0,05…0,15) ( – рабочая длина волны). Возможно применение трансформатора Тр1 на тороидальном сердечнике. Причем, если трансформатор Тр1 содержит 9 + 9 (3 + 3) витков медного эмалированного провода диаметром 0,16 мм, обмотка скрученными проводами на тороидальном сердечнике FT-23-72, то рабочий диапазон составляет 1…50 (30…200) МГц. Параметры УЭ существенно зависят от сопротивления Rf ОС и тока IК покоя Т VT1. Так, при увеличении Rf от 156 до 625 Ом в диапазоне токов IК = 14… 55 мА (при условии Rf RЭ = 2500 Ом2) значения KPi , IPi3 и F уменьшаются в сред-

89

нем соответственно на 10…12, 9…10 и 1,6…2,7 дБ, коэффициент K P возраста-

ет примерно на 13 дБ, а выходное (входное) сопротивление увеличивается (уменьшается) от 55 (45) до 85 (27) Ом. Структура 1 – ОЭ – L – R очень стабильна. При частотно-избирательном включении необходимо максимально устранить связи между выходом и входом, обусловленные периферийными избирательными цепями.

+Е п

б

Рис. 4.3. УЭ 1 – ОЭ – L – R: эквивалентная (а) и принципиальная (б) схемы

90