Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. Сиверса А.П. 1976г

двухплечным (вход—выход) устройством, характеризующимся малы­ ми потерями пропускания Ln при прохождении сигнала от входа к выходу и большой развязкой Lvas (большим затуханием) при его обратном прохождении. Основные электрические параметры венти­ ля те же, что и рассмотренные для циркулятора.

У-циркулятор превращается в вентиль (рис. 4.40, а), когда одно из его плеч нагружают на согласованную нагрузку, например, типа рис. 3.38, б. Основное достоинство вентиля заключается в том, что импеданс (КСВ) его входного плеча 1 почти не зависит от импе­ данса (КСВ) нагрузки, подключенной к его выходному плечу 2. Это обусловлено тем, что практически вся мощность, отраженная от нагрузки плеча 2, в силу свойств циркулятора проходит в согла-

Рис. 4.40. Топологические схемы микрополосковых ферритовых устройств на i

сованную нагрузку плеча3, где и поглощается ею. Ко входному пле-! чу 1 проходит только малая часть отраженной от нагрузки плеча 2 мощности, обусловленная конечностью развязки плеч 2—1 цирку­ лятора. :

Ферритовые вентили используют в тех случаях, когда требуется; исключить влияние импеданса одного элемента на работу другого, например: влияние источника сигнала или нагрузки на параметры усилителя или влияние нагрузки на работу гетеродина.

На основе У-циркулятора формируют схемы четырех-и пятиплеч­ ных циркуляторов (рис. 4.40, б, в). Если в четырехплечном цир­ куляторе одно из плеч, например 3, нагрузить на согласованную на­ грузку, то такое устройство будет представлять собой последователь­ ное соединение У-циркулятора и вентиля. В таком виде его исполь­ зуют в качестве антенного переключателя РЛС, при этом передатчик подключают к плечу 4, антенну — к плечу 1, а приемник — к пле­ чу 2. Важным достоинством такого переключателя является су­ ществование взаимной развязки между передатчиком, приемником и антенной. Следует учитывать, что при идентичных У-циркулято- рах потери между плечами 1—2 вдвое больше потерь между плеча­ ми 4—1, т. е. Lnl 2 = 2Еп4>1.

Такое же устройство используют для подключения регенера­ тивного усилителя, работающего на отражение (например, параме-

212

трического, соединяемого с плечом /), к источнику сигнала (соеди­ няемого с плечом 4) и нагрузке (соединяемой с плечом 2), Еще боль­ шая стабильность работы регенеративного усилителя достигается

вентиль— У-циркулятор — вентиль,в которой усилитель подклю­ чают к плечу 2, источник сигнала — к плечу 1, а нагрузку — к плечу 3.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Куликовский А. А. Линейные каскады радиоприемников. М., Гос»ивр- гоиздат, 1958.

2.Палшков В. В. Радиоприемные устройства. М., «Связь», 1965.

3.Айибиидер И. М. Входные каскады радиоприемников. М., «Связы^

1973.

4.Перцов С. В., Щуцкой К. А. Входные цепи радиоприемников. Хч «Эиегия», 1973.

5.Голубев В. Н. Частотная избирательность радиоприемников AM еяг* налов. М., «Связь», 1970.

6.Гуткии Л. С., Лебедев В. Л., Сифоров В. И. Радиоприемные уотров-

ства. Ч. 1. М., «Сов. радио», 1961.

7.Руденко В. М., Халяпин Д. Б., Магнушевский В. Р. Малошумящаш входные цепи СВЧ приемных устройств. М., «Связь», 1971.

8.Ломозова Н. 3., Сорокина Р. М. Прием телевидения в дециметром® диапазоне волн. М., «Связь», 1971.

9.Клич С. М. Проектирование СВЧ устройств радиолокационных пре­

емников. М., «Сов. радио», 1973.

№10, с. 46—52.

13.Малорацкий Л. Г., Явич Л. Р. Проектирование и расчет СВЧ эле­

ментов на полосковых линиях. М., «Сов. радио», 1972.

14.Denlinger Е. Radiation from Microstrips Resonators. — (Trant. IEEE», 1969, v. MTT-17, № 4.

15.Лебедев И. В. Техника И приборы СВЧ. Т. 1,М., «Высшая школа^

1970.

• 16. Конструирование и расчет полосковых устройств. Под ред. И. G. Ко­ валева. М., «Сов. радио», 1974. Авт.: В. И. Голубев, И. G. Ковалей,

Е.Г. Кузнецов и др.

•17. СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Под ред. И. В. Малм» ского, Б. В. Сестрорецкого. М., «Сов. радио», 1969. Авт.: М. А. Абдюханоа,

Л.А. Биргер, И. А. Волошин и др.

18.Карбовский С. Б., Шахгеданов В. Н. Ферритовые циркуляторы в

вентили. М., «Сов. радио», 1970.

19. Массе. Широкополосные СВЧ циркуляторы иа несимметричной и»- лосковой линии. — ТИИЭР, 1968, № 3, с. 120—121.

20. Малорацкий Л. Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. М., «Сов. радио», 1 976.

2U

5

УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ

5.1. УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ ПРИЕМНИКОВ УМЕРЕННО ВЫСОКИХ ЧАСТОТ

Выбор схемы

УРЧ можно классифицировать по ряду признаков. По частотным диапазонам различают УРЧ приемников умеренно высоких ча­ стот (длинных, средних, коротких и метровых волн), в ko'1'брых'’йспользуют контуры с сосредоточенными постоянными, и приемников сверхвысоких частот (дециметровых, сантиметровых и миллиметро­ вых волн), в которых используют коаксиальные, полосковые и микрополосковые резонаторы.

По способу настройки контуров различают УРЧ с настройкой на фиксированные частоты (см. гл. 6) и диапазонные УРЧ, в которых перестройка контуров производится изменением емкости.

В диапазонных УРЧ используют одноконтурные и двухконтурные каскады. ФСИ используются лишь в УРЧ с фиксированной настрой­ кой. Из-за простоты и экономичности при радиовещательном приеме используют, как правило, одноконтурные УРЧ. При профессио­ нальном приеме наряду с одноконтурными применяют двухконтур­ ные УРЧ.

По виду схем различают УРЧ:

—с однотранзисторными каскадами: с общим эмиттером ОЭ (рис. 5.1, 5.14 и 5.15), общим истоком ОИ (рис. 5.3), общей базой ОБ (рис. 5.2) и общим затвором ОЗ (рис. 5.4);

—с каскодными схемами: ОЭ—ОБ (рис. 5.5), ОИ—ОЗ (рис. 5.6), ОИ—ОБ (рис. 5.7), ОИ—ОЭ (рис. 5.8), ОЭ—ОЭ и ОИ—ОИ;

—с дифференциальными каскадами, состоящими из двух сим­ метричных половин (рис. 5.9—5.13).

Среди однотранзисторных схем с биполярными транзисторами в УРЧ на умеренно высоких частотах наибольшее распространение получила схема с ОЭ, позволяющая получить максимальное усиле­ ние номинальной мощности при небольшом уровне собственных шу­ мов. В схеме однокаскадного УРЧ на дискретных элементах (рис. 5.1, а) Ск2СК2 служат резонансной нагрузкой УРЧ; емкости Сп1> Ср2 разделяют по постоянному току рассматриваемый каскад от предыдущего и последующего. Резистор Я3 осущес1вляет термо­

вязывающий фильтр. Делитель /?д1, /?д2 обеспечивает подачу пря­ мого смещения на эмиттерный переход транзистора, т. е. обеспечивает выбранный режим УРЧ по постоянному току. Через блокировочный

‘214

В каскаде УРЧ с общим эмиттером на интегральной схеме ИС 2УС281 (рис. 5.1, б) резисторы Rl, R2 обеспечивают выбранный режим по постоянному току. При подаче напряжения смещения че­

Рис. 5.1. Схемы УРЧ с ОЭ на дискретных элементах с последовательным пи­ танием (а) и с питанием от двух источников (в), а также на ИС (б).

рез L2 резисторы Rl, R2 не шунтируют входной контур C1L1 и по­ этому не ухудшают его избирательности. Резистор R3 применяется в том случае, если нужно ИС включить по схеме с ОБ. Резисторы R4, R5, R6 осуществляют термостабилизацию УРЧ. Подключая блокировочный конденсатор СЗ к контактам 5 или 6, можно в оп­ ределенных пределах (10... 5 мА/B) изменять крутизну характе­ ристики транзистора S и входное сопротивление схемы.

Если нужно получить большую крутизну, то к контакту 4 через блокировочный конденсатор подключают резистор, сопротивление которого (в килоомах) равно

Где S — необходимая крутизна, мА/В.

215

Резисторы R7, R8 совместно с блокировочным конденсатором С5 образуют развязывающий фильтр.

УРЧ с ОБ (рис. 5.2) имеют меньшее усиление по сравнению с УРЧ с ОЭ из-за меньшего входного сопротивления. С ростом часто­ ты входное сопротивление УРЧ с ОЭ быстро падает. На достаточно высоких частотах (для данного типа транзистора) УРЧ с ОБ может быть так же или даже болеё эффективен, чем УРЧ с ОЭ.

При использовании полевых транзисторов наибольшее распро­ странение получила схема с ОН (рис. 5.3), которая позволяет улуч­ шить коэффициент шума приемника [3]. Резистор R* служит для создания напряжения обратного смещения на затворе и для термо­ стабилизации тока стока. В тех случаях, когда величина RH, не­ обходимая для термостабилизации, больше требуемой, для получе­ ния нужного обратного смещения используют делитель /?д1, Ra2, который создает на затворе напряжение прямого смещения, компен­

резисторы Rl, R5 образуют делитель напряжения для подачи на­ пряжения смещения на транзистор Т1. Резисторы R2, R3, R4 слу­ жат той же цели, что и резисторы R4, R5, R6 в схеме на рис. 5.1, б. Так же, как и в схеме рис. 5.1, б, подключая конденсатор к кон­ тактам 4, 5 или 6, можно изменять крутизну S и входное сопротив­ ление схемы. При подключении конденсатора к контакту 4 добавоч­ ное сопротивление рассчитывается по формуле (5.1). Резисторы R7

216

и R8 обеспечивают требуемое напряжение на коллекторе и совмест­ но с конденсатором С5 образуют развязывающий фильтр.

Можно использовать и смешанные каскодные схемы типа ОИ—ОБ, ОИ—ОЭ. Это обусловлено тем, что сочетание полевых и биполярных транзисторов обеспечивает высокое усиление по мощ­ ности. Действительно, полевые транзисторы дают большое усиление по току, а биполярные — по напряжению (при работе на высоко­ омную нагрузку).

Схема ОИ—ОБ (рис. 5.7) характеризуется высоким усилением и большим входным сопротивлением. Она наиболее пригодна для

дущей меньшее (на порядок) вы­ ходное сопротивление. Поэтому с 1 больше подходит ■ для широкополосных УРЧ.

В УРЧ, выполненных по интегральной технологии, широко ис­ пользуются дифференциальные схемы. Этому способствует ряд свойств этих схем, перспективных для интегральной схемотехники,

аименно:

—универсальность. Дифференциальная схема на частотах 0—

300 МГц [7] способна выполнять функции усиления, смешения, детектирования, сравнения, ограничения, регулирования, комму­ тирования. Кроме того, она может иметь как симметричный, так

инесимметричный вход и выход;

—способность усиливать разность поступающих на входы схе­ мы напряжений и подавлять одинаковые по обоим входам сигналы.

Последнее позволяет обеспечить высокую стабильность каскада при изменении окружающей температуры и питающих напряжений. Отсутствие обычных мер обеспечения термостабилизации избавляет от необходимости использовать конденсаторы большой емкости, неудобные для интегральной технологии;

— малая паразитная обратная связь между выходом и входом. Это свойство позволяет использовать дифференциальные усилители на высоких частотах без нейтрализации паразитных обратных свя­ зей.

Дифференциальный усилитель (ДУ) состоит из двух симметрич­ ных половин (рис. 5.9). Оба транзистора совместно с резисторами в цепях коллекторов образуют мостовую схему, которая будет сба­ лансирована при идентичности транзисторов и резисторов. При Противофазной подаче сигналов на входы ДУ Двх д напряжения

217

Вход

о—

Рис. 5.4. Схема УРЧ с 03.

Рис. 5.5. Каскодная схема УРЧ типа ОЭ—ОБ на дискретных элементах с па- ^млельным (а) и последовательным (в) питанием транзисторов, а также на

С6

Рис. 5.6. Каскодная схема УРЧ типа ОИ—03.

118

па входах транзисторов будут равны по амплитуде и противополож­ ны по фазе. В результате ток одного транзистора (например, Т1) возрастет и при строгой одинаковости параметров обеих половин схемы ток другого транзистора уменьшится на ту же величину. Таким образом, на коллекторе Т1 напряжение упадет, а на коллек­

торе Т2 возрастет и на выходе ДУ появится разностное напряжение, пропорциональное коэффициенту усиления любой половины ДУ.

При синфазной подаче сигналов на входы ДУ t/BX с (такой сиг­ нал может быть вызван наводками, нестабильностью питающих

напряжений, изменением температуры окружающей среды и т. д.) напряжения на входе каждого транзистора будут равны не только по амплитуде, но и по фазе. В результате изменения токов транзи­ сторов и потенциалов коллекторов будут одинаковыми, мост будет оставаться сбалансированным, а выходное напряжение равным нудЮ.

Таким образом, ДУ усиливает парафазные и подавляет синфаз­ ные сигналы. При этом качественные показатели ДУ зависят от того, насколько согласованы характеристики обеих половин схе-

219

мы. В интегральных ДУ удается достигнуть степени согласования характеристик на порядок выше, чем в ДУ на дискретных элемен­ тах.

На практике не всегда удобно иметь симметричный выход. По­ этому используется ДУ с несимметричным выходом (рис. 5.10). В этом случае при подаче синфазных сигналов на выходе появится некоторое напряжение. Однако усиление синфазных сигналов будет значительно меньше, чем парафазных. Объясняется это тем, что при появлении синфазного напряжения одновременно увеличива­ ются токи обоих транзисторов Т1 и Т2, в результате чего увеличи­ вается напряжение отрицательной обратной связи, снимаемое с ре­

зистора R1 в эмиттерных цепях транзисторов. При этом снижаются управляющие напряжения Uy, действующие на входных зажимах транзисторов Т1 и Т2 (рис. 5.10), что равносильно уменьшению коэффициента усиления ДУ для синфазных сигналов. При появле­ нии парафазного сигнала отрицательная обратная связь действо­ вать не будет, так как в одном из транзисторов ток будет возрастать, а в другом — на такую же величину убывать. В результате ток через R1 будет оставаться неизменным.

Таким образом, коэффициент усиления ДУ для парафазных сигналов значительно выше коэффициента усиления ДУ для син­ фазных сигналов. Очевидно, что эта разница тем больше, чем больше сопротивление резистора R1, ограничиваемое величиной напряже­ ния источника питания (например, при сопротивлении 1 МОм и токе

Для решения проблемы необходимо вместо резистора включить двухполюсник, имеющий высокое сопротивление (порядка 1 МОм) переменному току (для обеспечения сильного подавления синфазных сигналов) при малом сопротивлении постоянному току (для эконо­ мии напряжения источника питания) и занимающий малую площадь

220

подложки ИС. Таким двухполюсником может служить промежуток коллектор—эмиттер биполярного транзистора (рис. 5.11). Диод Д

вэтой схеме используется для термокомпенсации изменений тока эмиттера транзистора ТЗ. Для лучшей компенсации он размещается

внепосредственной близости от эмиттерного перехода транзистора ТЗ, а его размеры и форма выбираются такими же, как у эмиттер­ ного перехода ТЗ. Нестабильность тока коллектора транзистора

ТЗ обусловлена не только нестабильностью тока эмиттера, но также нестабильностями обратного тока коллектора и коэффициента уси­

ления транзистора по току. Поэтому для улучшения термокомпен­ сации иногда применяют два диода в цепи базы транзистора ТЗ.

При несимметричном выходе ДУ часто не используют резистор в цепи коллектора Т1 (рис. 5.10 и 5.11). Это не оказывает сущест­ венного влияния на работу ДУ, так как при достаточно большом на­ пряжении на коллекторе коллекторный ток практически не зависит от напряжения на нем.

Таким образом, во многих случаях ДУ с несимметричным вы­ ходом оказывается удобнее. (Однако надо иметь в виду, что коэффи­ циент усиления ДУ с симметричным выходом вдвое больше.) При­ менение ДУ в качестве УРЧ иллюстрируется рис. 5.12. Назначе­ ние элементов ИС типа 2УС282 такое же, как и в описанной схеме на рис. 5.1. Здесь используются навесные бескорпусные транзи­ сторы типа 2Т307, параметры которых не являются строго идентич­ ными. Если степень идентичности транзисторов Т1 и ТЗ оказывает­ ся недостаточной, то для выравнивания их токов на базу одного из них (например, ТЗ) подают дополнительное выравнивающее напряжение смещения.

Подавая на контакт 6 вместо постоянного напряжения напря­

жение АРУ, можно изменять коэффициент усиления каскада на 15—18 дБ. При такой регулировке напряжение на коллекторе ТЗ

221