книги из ГПНТБ / Кузьмин, А. А. Маломощные усилители с распределенным усилением

ривается два варианта включения СУ во входную пере­

во втором варианте схема полузвена не совпадает пол­ ностью с ФНЧ типа k, Lsnf2 присоединяется к П-сеченшо

|------- Н t-1

Рис. 8.15. Включение СУ в ПЛ:

а) в Т-образное сечение; б) в условное П*образное сечение ФНЧ типа k.

ФНЧ типа k, в связи с чем сечение, обозначенное пунк­

тирной линией, названо условным П-сечением звена. Как показывает анализ и опыт реализации УРУ с использо­ ванием включения СУ по схеме б, этот вариант обладает лучшими характеристиками по сравнению со схемой а.

Формулы для характеристических параметров фильт­ ра рис. 8.16,6 можно получить, зная элементы матрицы Л-параметров полузвена фильтра с Т-образной стороны

173

частота среза совпадает с частотой среза ФНЧ типа k, содержащего Li и С\. Используя (8.93) и (4.1), находим

Рис. 8.16. Схемы замещения фильтров:

Из (8.100) следует, что коэффициент усиления каскада на транзисторах с ОБ и СУ определяется в основном числом секций п и отношением wmlw0i. Поэтому, если ®ог/®о1 = 1, что конструктивно наиболее удобно, то коэф­ фициент усиления одной секции |/ 'С с |~ 0 , 5 , и для полу­ чения достаточного Кеш необходимо число секций, рав-

174

ное шести. Таким образом, с точки зрения числа тран­ зисторов в каскаде УРУ на УЭ по каскод'ной схеме ОЭ-ОБ (структура у) и УРУ структуры h равноценны,

так как в первом случае легко достижим коэффициент

а относительная частотная зависимость параметра пря­ мой передачи УЭ (5.85) — одинаковой:

175

которая при /п^ 0 ,2 и 0=£70Гр может быть аппроксимиро­ вана функцией

ваться, так и уменьшаться с увеличением частоты в за­ висимости от соотношения между /т транзистора и frр

СУ. Однако изменение Пу относительно единицы не­ большое из-за взаимно противоположного характера входящих в Пу функций. При x i ^ x 2 V'w интенсивно воз­ растает с увеличением частоты, в то время как V"w при небольшом т подвержена изменению в меньшей степени. Из сказанного следует, что в схеме а для выравнивания

АЧХ необходимо искусственно вводить расфазировку, а в схеме б при практически отсутствующей расфазиров­ ке достаточно правильно сочетать параметры транзи­ стора, СУ и передающих линий. При этом возникающая расфазировка из-за наличия LBHво входном фильтре при малых т сказывается незначительно. Следовательно,

для получения некоторого оптимального хода АЧХ в пер­ вом случае необходимо правильно выбрать величину ко­ эффициента расфазировки 6 p= f Cpi/fcp2, а во втором фак­

тически требуется оптимизировать частотную зависи­ мость Пу.

В общем случае задача ставится следующим обра­ зом: при заданном коэффициенте К е ш , заданных пара­ метрах транзистора ао, /т, Ln и фильтров йУоцог / cpi (fср

определяет полосу пропускания каскада), известных па­ раметрах СУ kCB~ l и рн*) необходимо определить чис­ ло секций п, коэффициент расфазировки bv, индуктив­ ность СУ Ьс (или /н), исходя из требований к АЧХ кас­

када и некоторых ограничивающих условий:

*> Если конструкция СУ определена, то рн не зависит от длины намотки или числа витков и в данном .случае считается известным, варьируемой величиной является Ь с .

176

или

выражения АЧХ, требования к ней формулируются толь­ ко в области низких частот и на некоторой фиксирован­ ной частоте, близкой к частоте среза fcpl.

Условие (8.107) связано с ограничением индуктивно­ сти фильтра (при заданных /сpi и w«1 ), а следовательно, с ограничением £ в„ и L c. Условия (8.108), (8.109) озна­

чают ограничение коэффициента усиления или полосы пропускания из соображений малого влияния обратной связи через УЭ.

8.4.6. Определение оптимального коэффициента расфазировки при включении СУ в Т-образное сечение фильтра

Прежде чем приступить к анализу требуемого разно­ са частот среза входной и выходной ПЛ, необходимо знать п и Число секций, как следует из (8.100), можно определить, исходя из заданного К е ш

и проконтролировать при помощи условия (8.108). Выражение для /н содержит неизвестную L c, макси­

мально допустимое значение которой ограничивается ли­ бо условием

m— L вн/L i^ m maxдоп= (^вн/^-l) max доп) (8.111)

либо требованием, чтобы граничная частота СУ была не менее /cpi

/cpi<'/rp. (8.112)

Предельная величина ттахк<т=£ когда вся индуктив­ ность фильтра состоит из Lmi. Используя (8.92а), левую

часть (8.111) запишем в виде

т = (a//„) [1 — k2J ( Г + /я)],

где (х —Lu/Li — 0,5LHcocpi/^oi, откуда

Может оказаться, что условие (8.112) является более жестким по сравнению с (8.111). В этом случае, исполь­

(8.115), необходимо брать наибольшее. Более того, требу­ ется обеспечить некоторый запас, увеличивая /н nun доп в q раз (<7>1). Коэффициент q целесообразно взять рав­ ным 1,5. Дальнейшее увеличение q{Lc) вызовет трудно­

сти изготовления СУ и увеличит нижнюю граничную ча­ стоту.

Не останавливаясь на различных причинах уменьше­ ния коэффициента усиления каскада УРУ при стремле­ нии частоты к нулю, рассмотрим лишь влияние симмет­ рирующего устройства для определения нижнего преде­ ла Lc или верхнего предела /н. На очень низких часто­ тах АЧХ каскада определяется величиной Кы- При этом

нагрузкой СУ можно считать лишь активную составляю­ щую /inб при г/<С 1 (8.86)

Яц = Ьцэ.

Модуль относительного коэффициента передачи по

откуда, полагая Л4сг- = 1 / |/ 2, находим нижнюю гранич­ ную частоту a H= R B/Lc. Если <он задана, то нетрудно определить минимально допустимую L c или максималь­ но допустимое 1п:

Если (он должна быть как можно меньшей, то необхо­ димо руководствоваться (8.116).

178

Определим величины коэффициента расфазировки при различных соотношениях между параметрами. При bv= \ , (x2= b pXi) расфазировка отсутствует:

&2 = arcsin xi—arcsin bpxi = 0 , Fp= l .

При этом АЧХ каскада (8.106) с ростом частоты увели­ чивается в результате роста V'w (8.101) и при определен­ ных ситуациях, когда спад h216 не может скомпенсиро­ вать рост Kci, в результате увеличения Пу (8.103). При 6Р<1 функция расфазировки (5.151) с ростом дг1>2 падает

и в некоторой степени компенсирует подъем АЧХ. Даль­ нейшее уменьшение Ьр приведет к еще большей компен­

Xi— l, т. е. на границе полосы пропускания. Если далее уменьшать коэффициент bv, то одновременно с увеличе­

нием эффекта компенсации будет происходить сокраще­

jci==0,9). Такое значение Ьр является минимально допу­

Результаты расчета Ьр по (8.118) приведены в табл. 8.2.

тором АЧХ каскада на низких частотах (xi<^l) постоян­ на. Представляя Fp в виде (5.160) и разлагая входящие в (8.106) функции в ограниченные квадратом x t степен-

ные ряды, получим выражение для АЧХ каскада на низ­ ких частотах

1

X - (1 + 0,5г/срху) (1 -^срЧ)

где

Уср — fcp/'/т»

^_ ^-Н°^сР1 ______1______

<ЬР opt^~ bPi-

180

При фиксированных значениях x t и М

Из (8.122) и (8.119) находим

Уравнение (8.119) невозможно разрешить относитель­ но искомого значения bpovt- Однако, поскольку значе­ ния Ьр, близкие к bpopt (например, 6pi), известны, то, полагая, что замена bpopt на Ьр1 мало скажется на вели­

чине У'шф, можно применить итерационный способ вычис­ ления bpopt.

Рис. 8.18. Расчетная зависимость функции характеристических со­ противлений от коэффициента расфазировки.

Рис. 8.19. Зависимость коэффициента расфазировки от полуразности фазовых постоянных на фиксированной частоте.

181

(8.124) — первое приближение; II — этап процесс вычис­ ления аналогичен процессу вычисления I этапа при за-

мене г ' и на полученное сг ; в результате имеем

— второе приближение.

Опыт показывает, что достаточно трех этапов вы­ числения 6Р opt■Для упрощения процесса расчета можно

пользоваться графическими зависимостями (рис. 8.18), (8.19), вычисленными соответственно по (8.121), (8.124).

Р а с ч е т э л е м е н т о в к а с к а д а п р и в к л ю ч е н и и СУ в Т - о б р а з н о е с е ч е н и е ф и л ь т р а

Задано: параметры транзистора, w0i,oz, fcpi, Кеш, kCB, рн.

тажной емкости См, добавочная емкость фильтра выход­ ной линии С2доб= С’2— (Ск+ См).

8.4.7. Анализ АЧХ каскада при включении симметрирующего устройства в П-образное сечение фильтра

Поскольку в данном случае V"w (8.102) слабо зави­ сит от х, то нет необходимости применять расфазировку

как средство коррекции АЧХ. Поэтому принимаем cocPi = = сйСр2 = (Xi = x2— x, Ьр= 1 ). Однако естественная расфа­

зировка

Ь2= ф , — 132)/2 т= arcsin \ х У 1 + т (1 — л 2)] — arcsinxr^O.

(х=у^0; 1)

имеется и увеличивается с ростом т. Значение х, на ко­ тором Ь2 максимально, при малых т практически не за­ висит от т :

= (3 + 4m — У 9 + 8 т )/8 т ж (1 + m2/8)/3 ж 1/3,

182