книги из ГПНТБ / Симонов Ю.Л. Усилители промежуточной частоты

7.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Паразитные обратные связи в УПЧ подразделяются на три группы:

—трансформаторная и емкостная связь между дета­ лями и монтажными проводниками, входными и выход­ ными зажимами отдельных каскадов и усилителя в це­ лом;

—обратные связи за счет общих цепей питания и ре­ гулирования различных каскадов в многокаскадном усилителе;

—неизбежные обратные связи, обусловленные обрат­ ной проходной проводимостью усилительных приборов. Две первых группы обратных связей являются внешни­ ми, третья — внутренней.

Паразитные обратные связи могут привести к недо­ пустимо большим изменениям всех качественных пока­ зателей УПЧ: коэффициента усиления, полосы порпуска-

в общем виде влияния обратных связей на основные ка­ чественные показатели усилителя. Поэтому предвари­ тельно рассмотрим влияние обратной связи по одному из каналов.

На рис. 7.1 изображена блок-схема УПЧ с обратной связью. Она состоит из усилителя без обратной связи с комплексным коэффициентом усиления по напряжению,

равным К = /Се к (К, <рк — модуль и фаза коэффициента

222

модуль и фаза коэффициента передачи).

Напряжение на выходе усилителя при учете действия

зависят от частоты. Возможны случаи, когда в преде­ лах полосы пропускания характер обратной связи меня­ ется несколько раз: на одних частотах она положи­ тельна, на. других — отрицательна. Это приводит к искажению формы резонансной кривой. Для получе­ ния неискаженной резонансной кривой ее форму иногда «корректируют», повысив усиление на одних частотах и снизив па других. Чаще всего это делается путем рас­ стройки отдельных каскадов относительно расчетных резонансных частот и шунтирования контуров резисто­ рами. В результате этих мер, производимых вместо уменьшения паразитной обратной связи, ухудшаются другие качественные показатели УПЧ: стабильность ре­ зонансной кривой и полосы пропускания при регулиро­ вании усиления (работе АРУ), изменении температуры и напряжения источников питания, повторяемость при серийном производстве. Отсюда следует нецелесообраз­ ность такого рода «коррекции» и поэтому обратную связь любого вида классифицируют как вредное явле­ ние, подлежащее максимальному подавлению.

223

Если на одной из частот <р = 2 т (баланс фаз) и

ßA' 1 (баланс амплитуд), то усилитель самовозбуж­ дается.

Полное подавление обратной связи не всегда целесо­ образно, так как приводит к существенному усложнению и удорожанию усилителя.

Слабое влияние паразитных обратных связей на основные качественные показатели допустимо. Так, ко­ эффициент усиления напряжения не должен изменяться более чем на 5—20% 17,8, 19, 24, 38, 48].

Влияние обратных связей можно учесть следующим образом. В связи с тем, что в пределах полосы пропус­ кания паразитная обратная связь может быть как поло­ жительной, так и отрицательной и заранее не всегда удается определить, какая из них приводит к большему относительному изменению качественных показателей УПЧ (например, коэффициента усиления), приходится принимать во внимание ту и другую.

Максимальное и минимальное значение коэффициен­ тов усиления соответственно при наиболее глубокой по­ ложительной и отрицательной обратной связи

где рД+, ß/C- — значения рД при положительной и отри­

где АК/К— максимально допустимое относительное из­ менение коэффициента усиления. Обычно АК/К= = 0,05-т0,2.

Наличие двух условий создает определенные неудоб­ ства при расчетах. Вместо них целесообразно ввести одно

A* ß _ . * Р м - * И _ № - + ? К + . / А* Ѵ H A S

К ~ *р -+ Ѵ * 2 + ? Д . - р д + < ^ К ) ' У • ’

324

Таким образом действием паразитной обратной свя­ зи можно пренебречь, если

(7.5)

Экранирование каскадов и отдельных деталей, вза­ имное рациональное расположение соединительных про-

ДЛ/

водников и деталей, включение в общие цепи питания и регулирования развязывающих фильтров и другие кон­ структивные мероприятия сравнительно просто обеспе­ чивают значительное уменьшение влияния внешних об­ ратных связей.

Влиянием внешней обратной связи можно пренебречь, если [8,23] Д ^/Л ^с< 0 ,0 5 -0 ,0 1 или ßK < 0,05> 0,01.

В однокаскадном УПЧ (рис. 7,2,а) наиболее опасные обратные связи между входными и выходными зажимами

усилительного прибора (ßi/Ci) и между входными и вы­ ходными полюсами каскада (|5кКг). Первую обратную связь рассматривают совместно с внутренней обратной связью, вторую — как частный случай обратной связи между входными и выходными зажимами многокаскад­ ного УПЧ. Многокаскадный УПЧ в общем случае мо­ жет иметь множество каналов паразитной обратной свя-

Рис. 7.3. Паразитные обратные связи в УПЧ:

а — емкостные; б — трансформаторные.

зи'(рис. 7.2,6) между любыми оконечными и промежу­ точными точками. Эти каналы характеризуются соответ­ ственно коэффициентами обратной связи фіД’і, ; ßi2 /Ci2 , fWC,.. ■; РшТСш,. . $K. Понятно, что чем выше усиление между началом и концом того или иного кана­ ла обратной связи, тем сильнее должно быть ослабление этого канала. Наиболее опасной является обратная связь между входными и выходными зажимами. Основ­ ными причинами этой обратной связи являются:

I. Прямая емкостная связь (рис. 7.3,а). Такого рода канал паразитной обратной связи образуется при не­ удачно выполненном монтаже: проводники входной цепи проходят вблизи выходных проводов (емкость Ci), за счет емкости Сг между усилительными приборами пер­ вого и оконечного каскадов, через емкости между вход­ ными и выходными проводниками и случайными, прохо­

226

йых полюсах появляется напряжение паразитной обрат­ ной связи $2 щ.

2. Трансформаторная связь между контурами меж­ каскадных цепей преобразователя частоты и оконечного каскада УПЧ (рис. 7.3,6). В результате действия этой обратной связи на входных зажимах первого каскада

появляется напряжение обратной связи фгы/.

3. Обратная связь по общим цепям питания и регу­ лирования: по цепи накала (в ламповых усилителях), по обшей цепи питания анодных (коллекторных цепей), по цепи автоматической регулировки усиления (АРУ). Действие этих обратных связей создает на входе перво­

го каскада УПЧ напряжение обратной связи ß3щ.

4. Обратная связь через общее заземление (по ме­ таллическому шасси УПЧ, соединяющему отдельные точки монтажа первого и оконечного каскадов). В ре­ зультате на входе первого каскада образуется напряже­ ние обратной связи

В результате совместного действия всех обратных связей напряжение обратной связи на входе усилителя

-0 ,1 )INpK.

Втранзисторных усилительных приборах (рис. 7.4,а) внутренняя обратная связь определяется проходной про­

водимостью усилительного прибора г/іг и емкостью мон­ тажа Ст между проводниками входной и выходной це­ пей этого прибора. При анализе влияния обратной связи на качественные показатели УПЧ емкость Ст учитыва­ ется в емкости Сі2 , которая увеличивается на величину

Ст.

В случае пёнтодов внутренняя обратная связь воз­ никает, как видно из рис. 7,4,6, в, через емкости Cag, Ст и соединение емкостей C3g, Саэ и С. Сравнительно слож-

Рис. 7.4. Паразитные обратные связи в усилительных приборах:

а _ транзистор; б — пентод; в, г — эквивалентная и пересчитанная схемы емкостных связей в пентоде.

ное соединение этих емкостей (рис. 7.4,б) может быть пересчитано в простое (рис. 7.4,г), причем

C, = Cgg, Cg- =Ca

Влиянием емкости С можно пренебречь, если величина

C33C3g/C 0,1(Cag+ Ст ) .

Отсюда расчетное соотношение для емкости конден­

Имея в виду, что СаэзгО,5Сак и C3g^0,5CgK, полу­ чаем

С^2,5C3KCgK/(CSig-\- Ст). (7-8)

228

У пентодой, предназначенных Для работы в УПЧ, величина емкости Cags* (0,005ч- 0,01) пф. Это обуслов­ ливает повышенные требования к качеству монтажа. Желательно, чтобы для емкости между проводниками сеточной и анодной цепей выполнялось условие Ст ^

< 0 ,1 Cag.

7.2. МЕТОДЫ ОСЛАБЛЕНИЯ ВНЕШНИХ ПАРАЗИТНЫХ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ

Основным методом ослабления трансформаторной и емкостной связи между входными и выходными вводами усилителя, между его каскадами и отдельными дета­ лями является экранирование. Рациональное экраниро­ вание усилителя, отдельных его каскадов и деталей яв­ ляется одной из основных задач при разработке УПЧ.

В настоящее время, к сожалению, технический расчет экранирования затруднителен. Нахождение приемле­ мого решения задачи экранирования достигается путем экспериментального макетирования УПЧ и использова­ ния накопленного опыта.

Изменение конструкции экрана обычно связано со сложными переделками усилителя, т. е. является одним

тами усилителя и заключение его в замкнутый металли­ ческий экран может оказаться недостаточным для ослабления канала паразитной обратной связи, которая возникает вдоль соединительных проводников. Экрани­ рование в общем случае представляет собой комплекс­ ное использование металлических экранов и электриче­ ских развязывающих фильтров (рис. 7.5). В реальных усилителях обычно не возникает необходимости полного экранирования. Зачастую бывает достаточно выявления и ослабления наиболее интенсивных паразитных обрат­ ных связей.

229

Объем данной книги не позволяет рассмотреть прин­ цип действия различных экранов и соответствующие тех­ нологические приемы их реализации. Читатель может найти соответствующий материал в опубликованной ли­ тературе [7, 8 и др.].

Рассмотрим более подробно методы ослабления па­ разитных обратных связей за счет общих цепей питания и регулирования.

ния обратной связи в цепи питания каскадов (рис. 7.6,в) включают развязывающие фильтры Яф, Сф, а индуктив­ ность Е (рис. 7.6,в) ’шунтируют конденсатором

где во, До — напряжение и ток питания усилительного прибора.

Величину емкости Сф выбирают из условия

СфХ20-^50)/2я/о/?ф. (7.11)

В УПЧ с числом каскадов больше 3—5 коэффициент

вчислителе (7.11) может быть увеличен до 100—200. Обратная связь между первым и последним каска­

дами УПЧ по общей цепи регулирования (например, АРУ) возникает за счет протекания емкостной состав­ ляющей тока оконечного усилительного прибора (в УПЧ на электронных лампах и полевых транзисторах) или его полного входного тока (в УПЧ на биполярных тран­ зисторах) через индуктивность общего провода Lba

(рис. 7.7,а). Ослабление обратной связи достигается включением в управляющие цепи каскадов развязываю­ щих фильтров Я фСф (рис. 7 . 7 , 6 ) , путем шунтирования участка b—ап общего провода конденсатором Сб (дли-

230