5 Устойчивость работы усилителей на транзисторах

Наличие внутренней обратной связи в транзисторе за счет комплексной проводимости существенно влияет на работу усилителя, изменяя его входную и выходную проводимость. С учетом влияниявходную и выходную проводимости можно рассматривать как сумму постоянных и переменных (динамических) компонентов.

(26)

Из-за комплексности динамические компоненты являются комплексными величинами

(27)

Составляющие динамических входной и выходной проводимостей существенно зависят от параметров транзистора и проводимости колебательного контура

(28)

(29)

(30)

(31)

где – эквивалентные резонансные сопротивления и обобщенные расстройки выходного и входного контуров;и– функции, определяемые соотношениями

(32)

где – аргумент произведения

где и– постоянные времени обратной и прямой проводимости.

Поскольку уравнения (28 – 31) одинаковы по структуре, то это позволяет рассмотреть только две зависимости и, где. Качественно график зависимостейиот расстройки контура приведен на рисунке 13. Из графиков видно, что в пределах полосы пропускания резонансной кривой контура (кривея 1) значение динамических активной и реактивной составляющих входной и выходной проводимостей меняется не только по величине, но и по знаку. В некоторой полосе расстроек активная составляющая проводимости, определяющая величину эквивалентной добротности контура, становится, отрицательной. При этом в усилителе создаются возможности для самовозбуждения. Кроме того, изменение величины и знака проводимости создает искажение формы резонансной кривой, сдвигает резонансную частоту усилителя (кривая 2).

Рисунок 13 – График зависимостей иот расстройки контура

Достаточным условием устойчивости резонансного усилителя является малое влияние обратной связи на затухание контура. Математический анализ показывает, что работа усилителя устойчива, если выполняется неравенство.

(33)

Из этого выражения следует, что для устойчивости работы усилителя его коэффициент усиления не должен превышать определенной величины. Коэффициент устойчивого усиления транзисторного каскада с общим эмиттером выражается формулой.

(34)

где – прямая проводимость транзистора в рабочей точке,– постоянная времени входной цепи транзистора,– емкость база-коллектор.

Поскольку обратная проводимость в общем стучав величина комплекснаято формула (34) справедлива при. Для получения большего коэффициента устойчивого, усиления следует выбирать тип транзистора с наибольшим отношением. Если в каждом каскаде многокаскадного усилителя выполняется условие (34), то это значит, что входная проводимость слабо шунтирует контур. Следовательно, присоединение еще одного каскада мало изменит проводимость его выходного контура, и практически напряжение на нем не изменится, а значит, не изменится и обратная связь в первом каскаде. Поэтому формула (34) справедлива и для многокаскадного усилителя.

Приведенный анализ показывает, что из-за физических особенностей транзистора (малые входное и выходное сопротивления, влияние внутренней обратной связи) в усилителе ВЧ на транзисторе невозможно совместить требование большого усиления и высокой избирательности. Поэтому, как правило, в практических схемах эти функции разделены. Избирательность и полоса пропускания определяются высокостабильными фильтрами сосредоточенной селекции или специальными узкополосными каскадами. Необходимое усиление достигается за счет резонансных каскадов, работающие в режиме максимально возможного усиления.

Методы повышения устойчивости делятся на две группы:

1. Пассивные методы позволяют выполнять условие устойчивости за счет уменьшения общего коэффициента усиления каскада : уменьшения, подбор режима по постоянному току, включение антипаразитных сопротивлений и т.п.

2. Активные методы выполняют условие устойчивости за счет увеличения , т.е. позволяет реализовать потенциальные усилительные возможности транзистора. К активным методам относятся:

   1. Коррекция внутренней обратной связи внешней обратной связью так, чтобы на частоте обратная связь была отрицательной. Коррекция не уничтожает полностью обратную связь, она делает ее отрицательной и, тем самым, устраняет возможность самовозбуждения усилителя. Но остается влияние измененийина параметры колебательного контура, а, следовательно, на вид резонансной характеристики усилителя.

   2. Нейтрализация внутренней обратной связи. Сущность нейтрализации основана на введении в усилитель дополнительной цепи, образующей новую внешнюю обратную связь, противоположную по знаку существующей внутренней обратной связи. Цепь нейтрализации должна состоять из таких же элементов, как и цепь , т.е. из емкостии сопротивленияи давать поворот фазы на 180°. Условие нейтрализации, где– коэффициент включения контура. Все схемы нейтрализации внутренней обратной связи имеют следующие недостатки, ограничивающие применение нейтрализации:

1. схема работает только на фиксированной частоте;

2. разброс параметра заставляет индивидуально подгонять элементы нейтрализации;

3. изменение окружающей температуры нарушает нейтрализацию.

3. Каскодное включение транзисторов.