книги из ГПНТБ / Радиоприемные устройства учебник

Анализ каскада производят упрощенным методом, который за­ ключается в следующем. Основные характеристики каскада рассчиты­ вают без учета влияния внутренней обратной связи, т. е. при Y — 0. Затем проверяют устойчивость усилителя с учетом влияния внутренней

обратной связи. При Y 12 = 0 П-образная схема замещения УП упро-- стится (рис. 3.17). При этом входная проводимость каскада будет равна

Обобщенная эквивалентная схема каскада также упростится (рис. 3.18). В ней С =—Сэ.

Различные усилительные схемы будем анализировать по упрощен­ ной обобщенной эквивалентной схеме.

3.4. Шум усилительных приборов и их обобщенная эквивалентная шумовая схема

Шум усилительных приборов обусловлен различными процессами, происходящими в этих приборах.

Ш ум э л е к т р о н н ы х л а м п обусловлен изменениями анод­ ного тока во времени, т. е. флюктуацией (величина анодного тока колеб­ лется относительно среднего значения). Спектр частот шумового анод­ ного тока равномерен в очень широком диапазоне частот.

Источниками шума в лампах в диапазоне радиочастот являются:

—непостоянство эмиссии катода (дробовой шум);

—случайное перераспределение тока между анодом и экраниру­ ющей сеткой (шум распределения);

— входное сопротивление лампы из-за наведенного шумового тока и падения напряжения на индуктивности катодного ввода.

Втриодах шумовой ток создается первым и третьим источниками,

ав пентодах — всеми тремя источниками.

Для количественной оценки шума лампы удобно считать, что она не шумит, а ее шумовой анодный ток является результатом действия в цепи сетки воображаемой э. д. с. £ ш, которую создает активное со­ противление R m (шумовое сопротивление лампы). Физически этого сопротивления не существует. Средний квадрат шумового анодного то­ ка триода, вызванного дробовым эффектом, при отсутствии перемен­ ного напряжения на сетке, как известно, равен

80

где k — 1,38 • 10_S3 Дж/град — постоянная Больцмана, Т 0 = (273 + + 20) К = 293К « 300К — стандартная (комнатная Т ~ 20° С) аб­ солютная температура в градусах Кельвина; Пш — шумовая полоса пропускания.

Как известно, активное сопротивление R создает э. д. с. Еш, средний квадрат которой равен

£5, = 4£7У?Пш.

Анодный ток лампы связан с напряжением на сетке следующим соотношением: U0 — I J S . Следовательно,

откуда шумовое сопротивление триода, характеризующее дробовой шум, равно

Шумовое сопротивление пентода, характеризующее дробовой шум и шум распределения [1,2, 6], равно

где / а, / 9 — анодный и экранный токи лампы.

Из сравнения формул (3.49) и (3.50) видно, что шумовое сопротив­ ление у пентода больше, чем у триода. При / , = 0 из формулы (3.50) получим шумовое сопротивление триода (3.49). Шумовое сопротивле­ ние триода составляет 200—1000 Ом, а пентода 500—2000 Ом.

Дробовые флюктуации электронного потока на СВЧ вызывают флюктуации наведенного тока в цепи сетки. Этот шумовой ток слабо коррелирован с дробовой составляющей анодного тока и поэтому обычно корреляцию этих токов не учитывают. Наведенный шумовой ток протекает по внешней цепи сетки и создает на ее сопротивлении шумовое напряжение, которое вызывает дополнительные флюктуации анодного тока. Шумовое напряжение в цепи сетки, вызванное наведен­ ным током, зависит от сопротивления сеточной цепи лампы и умень­ шается с уменьшением этого сопротивления. Шум, обусловленный зна­ чительным временем пролета электронов и падением напряжения на катодном вводе, может быть учтен параллельным включением между сеткой и катодом лампы эквивалентного шумового генератора. Сред­

где tvx — относительная шумовая температура входной проводимости лампы; для ламп пальчиковой серии / вх = 3,9, а для ламп с дисковы­ ми выводами tBX — 4,6; g»x = g си-

81

Шумовое сопротивление и относительная шумовая температура входной проводимости лампы являются соответственно первым и вто­ рым шумовыми параметрами ламп. Шумовые параметры лампы не зависят от частоты. На / < 30 МГц входная проводимость лампы стре­ мится к нулю и поэтому наведенный шумовой ток мал и практически его можно не учитывать.

Шумовое сопротивление многосеточных ламп рассчитывается по формуле для пентода (3.50), но ток / э заменяется суммой токов сеток

сположительными потенциалами.

Шу м т р а н з и с т о р о в . Источниками шума в транзисторах

вдиапазоне радиочастот являются:

—дробовой шум коллекторного и эмиттерного переходов;

—шум перераспределения тока эмиттера на токи базы и коллек­ тора (шум распределения);

—тепловой шум базы.

Шумовые свойства транзисторов в типовых режимах и на частотах / < 0,2 /у характеризуются шумовыми параметрами, аналогичными шумовым параметрам ламп [10].

Шумовое сопротивление транзистора характеризует дробовой шум

Относительная шумовая температура входной проводимости харак­ теризует дробовой шум, шум распределения эмиттерного перехода и тепловой шум базы. При f < /V 21 и малой величине проводимости входной цепи транзистора она равна

Первое слагаемое в (3.55) характеризует дробовой шум и шум распре­ деления эмиттера, а второе — тепловой шум базы.

Шумовые параметры транзисторов зависят от частоты и от темпе­ ратуры. Для частот / < 0,1 Д можно считать, что они не зависят от частоты.

Современные высокочастотные транзисторы имеют шумовое со­

Ш ум п о л е в ы х т р а н з и с т о р о в . Источниками шума в по­ левых транзисторах с р-п переходом и со структурой МОП являются:

82;

—теплогой шум в токопроводящем канале;

—дробовой шум затвора;

—тепловой шум входной проводимости.

Тепловой шум в токопроводящем канале характеризуется так же, как и у ламп, шумовым сопротивлением

Дробовой шум затвора значительно меньше теплового шума входной проводимости и поэтому практически его можно не учитывать. Отно­ сительная шумовая температура входной

проводимости g n

3.5. Коэффициент шума каскада 1

Подключим к обобщенной эквивалентной шумовой схеме входную цепь, имеющую двойное автотрансформаторное включение контура с источником сигнала и входом УП (рис. 3.20, а). Источником сигнала может быть антенна или предыдущий каскад. Пересчитаем ко входу УП шумовые токи источника сигнала, контура и их проводимости.

Общий коэффициент трансформации равен

Пересчитанные шумовые токи и проводимости равны:

(со0L — 1/со0СЭ= 0), которая приведена на рис. 3.20, б. Эта схема

8Т

Следовательно, в режиме согласования входной цепи с источником

При некотором значении go = go опт коэффициент шума будет минимальным. Найдем условие получения минимального коэффициен­ та шума. Для этого приравняем нулю производную dNldg'0 = 0. После преобразований получим:

сильной связи входной цепи с источником сигнала, чем в случае сог­ ласования. При малой входной проводимости УП его вход включают

трансформации, обеспечивающий минимальный коэффициент шума

Rm (g« + gn)2

85

уменьшения коэффициента шума следует выбирать тип УП с наимень­ шим произведением Дш£ц. Зависимость N от М при gK<£gn приве­ дена на рис. 3.22. Для R mg 1Х> t lx минимальный коэффициент шума получается при Ммш дэ УИС0ГЛ.

Если источником сигнала является настроенная антенна, то вход­ ная цепь работает в режиме согласования (в фидере бегущая волна)

и при этом N c > 2. Если источником сигнала яв­ ляется предыдущей каскад, то можно произвести со­ гласование по минимально­ му коэффициенту шума и УМИН 1‘

цепи. В § 3.8 показано, что в каскадах с ОС, ОБ и 03 действуют два вида обратной связи: по напряжению и току. Пренебрегая действием обратной связи по напряжению, будем учитывать действие обратной связи по току. Эта обратная связь, как было показано, увеличивает входную проводимость на величину g 21.

Шум, обусловленный флюктуациями выходного тока УП, учиты­ вают шумовым сопротивлением R m. Поэтому добавочную входную проводимость g 2i следует считать нешумящей, т. е. не добавляющей шумового источника в эквивалентную шумовую схему (рис. 3.23).

Коэффициент шума

R - и*ш J U 2в - 2 7 1 / Ц 1 Ж

как видно из формулы, не зависит от активной нешумящей проводи­ мости g 21. Поэтому коэффициент шума каскадов с ОС, ОБ и 03 опре деляется по тем же формулам, что и для каскадов с ОК, ОЭ и ОИ.

88

откуда

Каскады с ОС, ОБ и 03 имеют большую входную проводимость g BX. По­ этому вход УП включают к части контура и т а < 1 . Подставляя в выражение (3.64) значение g CcorJI из формулы (3.71), получаем

ставляя сюда значение Rm, определяемое формулой (3.56), получаем

^СОГЛ « Кб -т- 1,75.

Для уменьшения коэффициента шума следует выбирать тип УП

снаименьшим произведением /?mg 21.

3.6.Каскады с общим катодом, общим истоком, общим

эмиттером

Схемы каскадов с ОК, ОН и ОЭ приведены соответственно на рис. 3.6, 3.8, а, 3.9. Модуль коэффициента усиления каскада на основа­ нии выражений (3.39) и (3.42) с учетом, что при расстройке эквива­

лентная проводимость контура Y.d = ga (1 + /|), где 1 = 2 AfldJ0— обобщенная расстройка, равен

Резонансный коэффициент усиления каскада согласно выражению (3.44) равен К0==| К21| ml т 2 Кэ = |Уг11тхт2со0 Llda. Уравнения час­ тотной и фазовой характеристик на основании приведенных выраже­ ний имеют вид

На рис. 3.24 приведены обобщенная частотная и фазо-частотная харак­ теристики. Из этого графика и выражений (3.74), (3.75) видно, что частотная и фазо-частотная характеристики аналогичны частотной и фазо-частотной характеристикам одиночного контура, имеющего за­ тухание d3.

87

Полоса пропускания каскада равна n = d3/ 0. С повышением час­ тоты поддиапазона эквивалентное затухание контура возрастает и,

88

При трансформаторном включении контура со стороны входа УП величину индуктивности катушки связи LCB выбирают такой, чтобы образовавшийся контур^7,св, Свых1 + СМ1 имел резонансную час­ тоту выше максимальной частоты поддиапазона и она не совпадала с частотой зеркального канала.

Рис. 3.25

Транзисторы и лампы в метровом и дециметровом диапазонах имеют большую входную проводимость. Для получения наибольшего усиления при большой величине входной проводимости каскад должен работать в режиме согласования, для которого справедливо равенство

выполнить для фиксированной частоты или средней частоты узкого поддиапазона. Эквивалентное затухание контура в режиме согласова­ ния при заданной полосе пропускания на оснований выражения

(3.43) равно

откуда коэффициенты трансформации в режиме согласования при за­ данной полосе пропускания будут равны

8 9