книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

В соответствии с определением (1.8) и выражением (1.9) коэф­ фициент шума N четырехполюсника получаем равным

Полученное выражение можно использовать для оценки шумовых свойств не только фидера, но и других пассивных элементов — цир­ куляторов, вентилей, ответвителей мощности —вспомогательных эле­ ментов входного тракта СВЧ приемников. При неодинаковых темпе­ ратурах сопротивлений источника сигнала и четырехполюсника (2.82)

тирующей шумовой температуры, приведенной ко входу первого каскада, можно получить следующее выражение:

т. е. шумящему пассивному четырехполюснику (фидер и другие пас­ сивные элементы с потерями), необходимо уменьшать потери энергии в этих цепях.

Список литературы 1

60

3. Усилители радиочастоты

3.1. Общие сведения

Каскад УРЧ состоит из усилительного прибора (УП) и резонансной нагрузки (резонансного контура) (рис. 3.1, а). В качестве усилитель­ ных приборов могут быть использованы: электронная лампа, транзис­ тор, полевой транзистор. Нагрузкой каскада является входное сопро­ тивление следующего каскада.

Применение резонансного контура необходимо для получения час­ тотной избирательности и повышения коэффициента усиления кас­ када. При настройке нагрузки в резонанс на частоте сигнала компен-

Рис. 3.1

сируется вредное влияние распределенной емкости каскада и зна­ чительно увеличивается усиление по сравнению с усилением при не­ резонансной нагрузке. Частотная характеристика каскада приведена на рис. 3.1, б. Она соответствует частотной характеристике контура, который шунтируется сопротивлениями схемы.

Выходное сопротивление усилительного каскада и входное со­ противление следующего каскада шунтируют контур, а это увеличи­ вает его затухание, расширяет полосу пропускания и уменьшает ре­ зонансное сопротивление, что снижает коэффициент усиления каскада. Поэтому связь контура с УП и входом следующего каскада выбирают из условия допустимого увеличения затухания.

Все УП имеют внутреннюю обратную связь, которая наименьшая у ламп. Поэтому величина связи УП с контуром влияет на устойчи­ вость работы каскада. При сильной связи увеличивается коэффициент усиления каскада, что может привести к генерации (самовозбуждению). Следовательно, связь УП с контуром выбирается из двух условий: получения допустимого увеличения затухания контура и обеспечения устойчивой работы каскада.

Лампы и полевые транзисторы имеют относительно большие входное и выходное сопротивления, но связь их с контуром выбирают относи­ тельно небольшой для выполнения условия устойчивой работы кас­ када.

61

Транзисторы имеют относительно малые входное и выходное со­ противления и значительную внутреннюю обратную связь. Поэтому применяют слабую связь с контуром со стороны выхода транзистора и входа следующего каскада.

Для упрощения схемы приемника каскады УРЧ выполняют с од­ ним контуром, а их число не превышает трех-четырех.

УРЧ должен:

—усиливать полезный сигнал,

—снижать коэффициент шума приемника и тем самым повышать его чувствительность,

—обеспечивать избирательность по зеркальному каналу.

Коэффициент шума приемника в основном определяется шумом первых каскадов. Поэтому стараются выполнить каскады УРЧ с малым коэффициентом шума.

УРЧ на лампах и транзисторах применяют на частотах до 1000 МГц. На частотах выше 1000 МГц усилительные свойства ламп и транзисторов ухудшаются и значительно возрастает коэффициент шума. Полевые транзисторы применяют на частотах до 150 МГц.

В большинстве случаев УРЧ работают в диапазоне частот и реже на одной фиксированной частоте.

Рассмотрим основные электрические характеристики УРЧ. Р е з о н а н с н ы й к о э ф ф и ц и е н т у с и л е н и я

(3.1)

где Uвх, £/вых — напряжение на входе и выходе каскада при ре­ зонансе.

Качество каскада тем лучше, чем больше коэффициент усиления и чем он меньше изменяется в диапазоне частот. Для получения боль­ шого коэффициента усиления УРЧ применяют несколько последова­ тельно включенных каскадов. Коэффициент усиления УРЧ

где п — число каскадов.

В дециметровом и сантиметровом диапазонах волн величину сиг­ нала обычно измеряют в единицах мощности. Поэтому свойства УРЧ

(3.4)

63

где §вх входная проводимость каскада; gH— проводимость на­ грузки, которая равна входной проводимости следующего каскада

8 » — g вх 2-

И з б и р а т е л ь н о с т ь п о з е р к а л ь н о м у к а н а л у показывает, во сколько раз резонансный коэффициент усиления каскада К0 больше коэффициента усиления К на частоте зеркального канала:

Избирательность по зеркальному каналу определяется резонансной кривой каскада.

Избирательность по зеркальному каналу должна обеспечиваться при

если при настройке УРЧ на любую частоту диапазона его характе­ ристики изменяются в допустимых пределах.

Л и н е й н ы е и с к а ж е н и я . Амплитудно-частотные искаже­ ния определяются частотной характеристикой усилителя. Фазо-час­ тотные искажения зависят от нелинейности фазовой характеристики усилителя.

Н е л и н е й н ы е и с к а ж е н и я обусловлены нелинейностью

дения и изменением в допустимых пределах характеристик в процессе нормальной эксплуатации.

Д и н а м и ч е с к и й д и а п а з о н — это отношение макси­ мальной амплитуды входного сигнала UBXмакс, при которой искаже­ ния сигнала допустимы, к (Увх, соответствующему чувствительности приемника:

Кроме того, УРЧ должен потреблять малую мощность от источ­ ника питания, быть механически прочным, иметь небольшие габариты

и вес, стоимость и т. п.

УРЧ классифицируют по следующим признакам:

—по способу включения нагрузки к УП,

—по виду связи УП с контуром,

—-по виду связи входа следующего каскада с контуром.

При различном включении нагрузки к УП получаются разные общие точки для входа и выхода и, следовательно, разные схемы кас­ кадов: с общим катодом, с общим эмиттером и т. п.

В большинстве случаев УРЧ работают в диапазоне частот /од М1Ш— /од маис, который разбивают на поддиапазоны, а в некоторых случаях

на одной или нескольких фиксированных частотах. Настраивать контур можно изменением его индуктивности или емкости. При из­ менении индуктивности контура резко изменяется с частотой его за­ тухание, полоса пропускания и резонансное сопротивление. Поэтому контур настраивают изменением емкости. Диапазон частот приемника /од мин—/од макс с коэффициентом перекрытия диапазона Кд = = /оЯмакс//од мин разбивают на поддипазоны с коэффициентом перекры­

тия поддиапазона Кдд —/о макс^/о мин> где /о мин к /о макс крайние частоты поддиапазона. Смену поддиапазонов осуществляют переключе­ нием катушек индуктивности, а настройку внутри поддиапазона про­ изводят конденсатором переменной емкости Ск (рис. 3.2). Фиксиро­ ванные частоты обеспечивают включением контуров, настроенных на заранее выбранные частоты.

Для выравнивания начальной емкости контуров и подгонки их индуктивности при регулировке приемника в заводских условиях, что необходимо при одноручечной настройке приемника, параллельно

64

3. f = 300 ~ 3000 МГц (дециметровый диапазон) — резонансные линии: коаксиальные, полосковые симметричные и несимметричные. Параметры ре­

Коэффициент поддиапазона тем больше, чем больше отношение Скмакс/Скмив и меньше емкости схемы Сох и подстроечного конденсатора Сп.

настройку приемника на станции, и значительно изменяются параметры контура в поддиапазоне.

Решая выражение (3.10) относительно Са, получаем

Определить точно емкость схемы затруднительно, и поэтому считают Са средней емкостью подстроечного конденсатора.

Полные максимальные емкости контура равны:

Затухание контура dK = rKlu>0L в поддиапазоне частот можно считать прибли­ зительно постоянным из-за того, что с увеличением частоты почти пропорцио­ нально увеличивается активное сопротивление потерь катушки гк. Поэтому по­ лоса пропускания контура, равная П = dKfo. и его резонансное сопротивление

В радиовещательных приемниках применяют один и тот же блок перемен­ ных конденсаторов для километровых, гектометровых и декаметровых волн. На декаметровых волнах для получения растянутых или полурастянутых поддиа­ пазонов включают параллельно и последовательно конденсатору переменной емкости добавочные конденсаторы, которые увеличивают его начальную емкость

и уменьшают максимальную емкость, что согласно формуле (3.10) уменьшает

Кпд-На метровых волнах контуры настраивают варикапом (.диод, емкость ко­ торого изменяется в широких пределах при изменении приложенного к нему на­ пряжения).

ние контура.

Рис. 3.4

Если в контуре имеется катушка связи, отвод от индуктивной или емкост­ ной ветви, то он обладает трансформирующим действием. Такой контур можно представить четырехполюсником (рис. 3.4) Коэффициенты трансформации для схем, приведенных на рис. 3.4, а—в, соответственно равны

Резонансная линия обладает также трансформирующим свойством при на­ личии петли связи или отвода [6, 12].

66

3.2. Схемы каскадов усилителей радиочастоты

Различные включения нагрузки (резонансного контура) УП при­ водят к разным схемам каскадов. При включении нагрузки УП между анодом и катодом лампы, коллектором и эмиттером транзистора и стоком и истоком полевого транзистора (рис. 3.5, а) получаются следующие схемы каскадов, обладающие общими свойствами:

—с общим катодом (ОК);

—с общим эмиттером (ОЭ),

—с общим истоком (ОИ).

При включении нагрузки УП между анодом и сеткой лампы, кол­ лектором и базой транзистора и стоком и затвором полевого транзисто­ ра получаются следующие схемы каскадов, обладающие общими свой­ ствами:

—с общей сеткой (ОС),

—с общей базой (ОБ),

—с общим затвором (03).

Вэтих схемах общей точкой для входа и выхода являются соот­ ветственно: катод, эмиттер, исток, сетка, база и затвор. Отсюда схемы

иполучили названия: ОК, ОЭ и т. д.

Схемы каскадов с общим анодом, общим коллектором и общим сто­ ком не применяют из-за малого усиления и неустойчивой работы, вызванной внутренней положительной обратной связью.

Связь УП и входа следующего каскада с контуром может быть: трансформаторная, автотрансформаторная и непосредственная. Наи­ более часто применяют трансформаторную и автотрансформаторную связь УП и входа следующего каскада с контуром. Лампы имеют большое входное сопротивление. Поэтому вход лампы на километро­ вых, гектометровых, декаметровых и метровых волнах имеет обычно непосредственную связь с контуром.

На частотах f < 50 МГц применяют пентоды в схеме с общим катодом. Для уменьшения коэффициента шума приемника на частотах / < 1000 МГц применяют триоды в схеме с общей сеткой.

Транзисторы используют на частотах / < 1000 МГц в схемах с общим эмиттером и общей базой. Последнюю схему применяют на более высоких частотах, а первую — на низших частотах.

Полевые транзисторы применяют на частотах / < 1 5 0 МГц в схеме с общим истоком.

Рассмотрим схемы каскадов. Схема каскада с ОК и непосредст­ венным включением контура к лампе и входу следующего каскада при­ ведена на рис. 3.6, а. Эта схема с последовательным питанием анодной

ным током лампы, т. е. | £ с | = / к^кт* Для исключения отрицательной обратной связи по току резистор шунтируется конденсатором Снт.

68

уменьшается ток / э, что вызывает увеличение напряжения Е э, а это увеличивает крутизну лампы, т. е. коэффициент усиления каскада. Поэтому регулировка усиления каскада напряжением Е 0 будет мало эффективна, так как увеличение | Е с | будет снижать крутизну лампы, а увеличение Е а — повышать крутизну. От этого недостатка свобод­ на схема питания экранирующей сетки через потенциометр. Если ток потенциометра / п01> / э. то изменение Е с вызывает небольшое из­ менение Е ь. В большинстве случаев применяют питание экраниру­ ющей сетки через гасящий резистор, так как потенциометр потребляет значительную мощность от источника питания.

Для исключения паразитной обратной связи через источник пита­ ния в анодную цепь лампы включают фильтр Сф, /?ф.

дующего каскада.

Каскад с непосредственным включением контура имеет большое усиление, что в большинстве случаев приводит к неустойчивой работе. Поэтому схему каскада с непосредственным включением контура при­ меняют редко.

Схема каскада с ОК при трансформаторном включении контура к лампе и непосредственном включении входа следующего каскада приведена на рис. 3.6, б. В этой схеме цепи питания аналогичны цепям питания предыдущей схемы. Связь лампы с контуром выбирают из условий получения устойчивого усиления. Вход следующего каскада может иметь непосредственную или автотрансформаторную связь.

Схема каскада с ОК и двойным автотрансформаторным включе­ нием контура со стороны лампы и входа следующего каскада приведена на рис. 3.6, в. В этой схеме конденсатор переменной емкости находится

В рассмотренных схемах используют последовательное питание анодной цепи лампы. Их применяют в диапазонах километровых,

гектометровых и метровых волн.

Схема каскада с ОС и двойным автотрансформаторным включением контура приведена на рис. 3.7. Эта схема имеет параллельное питание анодной цепи лампы. Индуктивность дросселя берется намного боль­ ше индуктивности контура. Коэффициенты трансформации в схеме равны

69