4.3. Согласующие цепи транзисторного мшу

При построении транзисторного МШУ должна быть решена задача согласования комплексных сопротивлений транзистора и генератора - входная согласующая цепь транзистора и нагрузки - выходная согласующая цепь и выхода одного транзистора и входа второго транзистора - межкаскадная согласующая цепь. Это необходимо для реализации минимального коэффициента шума и максимального усиления.

СВЧ-транзисторы и реализуемые на этих транзисторах усилители - потенциально широкополосные устройства, поэтому и согласующие цепи должны быть широкополосными.

СВЧ-транзистор при решении задачи синтеза согласующих цепей может быть заменен RC-соединением последовательным для входной цепи (рисунок 4.4, а) и параллельным для выходной цепи (рисунок 4.4, б).

а) б)

Рис. 4.4. Эквивалентные схемы входной и выходной цепи

транзистора.

Для расчета согласующих цепей принято рассматривать нормированные параметры входных и выходных цепей:

,

(4.11)

где - центральная частота полосы пропускания.

В таблице 4.2 приведены значения составляющих входного сопротивления , нормированной входной емкости , составляющих выходной проводимости , выходного сопротивления и нормированной выходной емкости для транзистора 3П326А-2 [19].

Синтез входных согласующих цепей может быть проведен для двух режимов:

• согласование по сигналу,

• согласование по шумам.

Таблица 4.2

f, ГГц	, Ом	, Ом
6	9,6	-48	0,13	0,0018	0,005	555	2,8
10	10	-12	0,27	0,0022	0,0073	453	3,26

При согласовании по сигналу внутреннее сопротивление источника сигнала должно быть комплексно согласовано с входным сопротивлением усилителя, при этом коэффициент усиления достигает максимальной величины. В режиме согласования по шумам должно выполняться определенное соотношение между внутренним сопротивлением источника сигнала и входным сопротивлением усилителя, при которых . В режиме "согласования по шумам" входную цепь транзистора также можно представить эквивалентной схемой (рисунок 4.4), на которой, например, для полевого транзистора [19]:

, а .

где - шумовое сопротивление; - корреляционное сопротивление транзистора; - шумовая проводимость; - шумовой коэффициент, являющийся функцией тока истока .

В таблице 4.3 приведены значения и эквивалентной шумовой схемы в режиме "согласования по шумам" [19].

Таблица 4.3

f, ГГц	, Ом		, Ом
4	97,3	0,562	400	1
8	50,9	0,588	400	2
12	37,2	0,644	400	3

Максимальный коэффициент усиления в этом режиме достигается при согласовании на выходе [19].

Для исключения дополнительного вклада в шумы транзисторного усилителя согласующих цепей их реализуют на реактивных элементах без использования диссипативных цепей с потерями.

В отличие от вещественных нагрузок комплексные нагрузки не могут быть согласованы с генератором в произвольно широком диапазоне частот. Для характеристики пределов широкополосного согласования определяют максимально возможную полосу при заданном допуске на величину коэффициента отражения . В идеальном случае зависимость коэффициента отражения от частоты имеет вид (рисунок 4.5,а). Но реализация такой зависимости от  возможна лишь при бесконечном числе реактивных элементов согласующей цепи.

Для конечного числа элементов возможна реализация приближения к этой прямоугольной функции. Наиболее распространенные из них - максимально плоская и Чебышевская (равномерно-колебательная) (рисунок 4.5, б).

При синтезе согласующих цепей задаются требуемыми значениями максимального коэффициента отражения и неравномерностью АЧХ . Они в свою очередь задают нормированные значения сопротивлений и проводимостей , которые принято определять через вспомогательные параметры x, y, z:

а) для максимально плоского приближения

, , ;

б) для чебышевского приближения

, , .

а) б)

Рис. 4.5. Частотные зависимости коэффициента отражения:

а) идеальной согласующей цепи; б) 1 - максимально-плоская аппроксимация, 2 - чебышевская аппроксимация.

Так, для максимально плоского приближения оптимальна цепь при вспомогательном параметре (т.к. при , а возрастает). При Чебышевском приближении существует оптимальное соотношение между и , а, следовательно, и между вспомогательными параметрами x и y, при которых полоса пропускания максимальна - и .

Рассмотрим возможные структуры согласующих цепей.