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

УПЧ может быть однородным по типу каскадов или содержать разнотипные каскады, например: одноконтур­ ные и двухконтурные, резистивные и резонансные.

В УПЧ находят применение также специальные кас­ кады, к которым относятся:

—каскады системы автоматической регулировки усиления (АРУ);

—малошумящие входные каскады;

—выходные каскады, работающие в режиме огра­ ничения;

—каскады системы временной избирательности;

—каскады с кабельными переходами и др.

Специфической особенностью УПЧ является то, что

вформировании результирующей резонансной кривой и

вобеспечении заданной полосы пропускания и избира­ тельности непосредственно участвует межкаскадная цепь, соединяющая преобразователь частоты с первым каскадом усилителя. Поэтому при проектировании УПЧ целесообразно рассматривать преобразователь частоты как специальный каскад УПЧ и определять степень уси­ ления полезного сигнала, полосу пропускания и частот­ ную избирательность с учетом его влияния.

1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ

Усилители промежуточной частоты могут быть клас­ сифицированы по следующим основным признакам.

1.По типу усилительных приборов на ламповые, транзисторные, комбинированные.

2.По числу каскадов на однокаскадные, двухкаскад­ ные, многокаскадные.

3.По типу используемых каскадов на апериодичес­ кие, резонансные, комбинированные.

4.По ширине полосы пропускания на узкополосные

[(П„//о) ^0,01 Н-0,1] И ШИрОКОПОЛОСНЫе [(Пгг/fo) >0,1].

5.По принципу обеспечения усиления и избиратель­ ности на усилители с равномерным распределением уси­ ления и избирательности и на усилители с ФСИ (с со­ средоточенной избирательностью).

6.По типу цепи межкаскадной связи и способу ее настройки на одноконтурные настроенные усилители (колебательные контуры всех каскадов настроены на номинальную промежуточную частоту); одноконтурные

усилители с взаиморасстроенными каскадами (усилите-

20

2.1.ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Вкачестве усилительных приборов в УПЧ приме­ няются:

—электронные лампы (пентоды и триоды),

—биполярные транзисторы,

—полевые (униполярные) или канальные транзис­

торы.

До 60-х годов нашего столетия основным типом уси­ лительных приборов УПЧ были электронные лампы. В настоящее время электронные лампы вытесняются транзисторами, которые имеют по сравнению с лампами ряд серьезных преимуществ. Отечественная полупровод­ никовая промышленность выпускает достаточный ассор­ тимент транзисторов, удовлетворяющих условиям их использования в УПЧ приемников, работающих в раз­ личных условиях. Использование транзисторов вместо электронных ламп повышает эксплуатационную надеж­ ность и экономичность приемников, открывает возмож­ ности для микроминиатюризации аппаратуры. Однако некоторые типы высокочастотных транзисторов в настоя­ щее время уступают электронным лампам по стоимости и отдаваемой мощности. По этой причине электронные лампы еще остаются широко используемым типом уси­ лительных приборов УПЧ широковещательных и спе­ циальных приемников.

2.2. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР КАК АКТИВНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИК

Электрические свойства усилительных приборов в настоящее вре­ мя описываются двумя основными методами, имеющими принципи­ альные различия. Первый метод основан на представлении усилитель­ ного прибора в виде активного четырехполюсника, свойства которого определяются взаимной зависимостью напряжений и токов на полю­ сах прибора. Эти зависимости могут быть получены экспериментально и представлены графически в виде статических характеристик. Одна­ ко параметры усилительного прибора, найденные по статическим ха­ рактеристикам, достаточно полно определяют свойства усилительного

прибора только при сравнительно низких частотах усиливаемого сиг-

22

Нала. На высоких частотах в свйзй С этим применяются сйёДиальйые методы, основанные на измерении активных и реактивных составляю­ щих параметров на требуемой частоте. Представление усилительного прибора в виде эквивалентного активного четырехполюсника удобно тем, что не требует знания внутренней структуры усилительного прибора.

Рис. 2.1. Физич&ские эквивалентные схемы усилительных приборов:

а — электронная лампа; 6 — биполярный транзистор; в — униполярный тран­ зистор.

Второй метод описания электрических свойств усилительного при­ бора основан на определенных представлениях о принципе его дей­ ствия и происходящих в нем физических процессах. Усилительный прибор моделируется электрической эквивалентной схемой, представ­ ляющей собой соединение генераторов э. д. с. или тока и обычных пассивных элементов. Эквивалентная схема должна отражать с необ­ ходимой степенью точности электрические свойства реального усили­ тельного прибора. Величины элементов такой схемы стараются сде­ лать независящими от частоты и используют их в качестве так назы­ ваемых физических параметров усилительного прибора. Основным

23

Достоинством физических параметров является их способность отра­ жать как внешние, так и внутренние свойства реального усилительно­ го прибора.

Физические процессы в усилительном приборе можно моделиро­ вать в общем случае различными электрическими схемами, каждой из которых соответствует своя система физических параметров.

Наиболее простую эквивалентную схему, которая явилась осно­ вой для .разработки теории ламповых УПЧ, имеет электронная лампа (рис. 2.1,а).

Величины Cgк, Сак, Cag, S практически не зависят от частоты во всем диапазоне возможных значений промежуточных частот. На частотах fos£20 Мгц проводимости g«K^ 0 , g &K—URi. На более вы­ соких частотах они возрастают примерно пропорционально квадрату частоты:

ggK=rt/o' gsK^ O/Rt) + Ö/Q,

где a, b — константы, зависящие от типа лампы.

Структура эквивалентной схемы биполярного транзистора зави­ сит от его типа и обычно содержит больше элементов, чем схема за­ мещения электронной лампы.

На рис. 2.1,6 показана эквивалентная схема широко используе­

ра в виде активного линейного четырехполюсника, что позволило провести общий анализ усилителей, разработать общую теорию и инженерные методы расчета для усилительных приборов любого ти­ па. Недостаток такого представления — частотная зависимость пара­ метров приборов — несуществен, так как УПЧ обычно имеют фикси­ рованную настройку и для расчета основных качественных показа­ телей достаточно знать параметры усилительного прибора на номи­ нальной промежуточой частоте. Усилительный прибор в виде актив­ ного линейного четырехполюсника показан на рис. 2.2. Он имеет три электрода: I — управляющий, і — выходной, о — общий. Управляю­ щий и общий электроды образуют входную цепь или цепь управления усилительным прибором. К этой цепи подводится напряжение іц уси­ ливаемого сигнала. Выходной и общий электроды образуют выход-

24

ную цепь или цепь нагрузки. Отсюда снимается напряжение усилен­ ного сигнала й,-. Под воздействием входного напряжения щ усили­ тельный прибор преобразует энергию источников питания в энергию усиливаемого сигнала, обеспечивая тем самым его ускорение.

Четырехполюсник, как уже отмечалось, . описывается системой двух линейных уравнений, связывающих напряжения и токи на его входных и выходных полюсах. Положительные направления напряже­ ний и токов показаны на рис. 2.2 стрелками. Если в качестве аргу­ ментов рассматривать входное и выходное напряжения, то уравнения четырехполюсника могут быть записаны в следующем виде:

Комплексные коэффициенты уп, у і2, г/зі. //22, имеющие размерность проводимостей, образуют систему (/-параметров усилительного при­ бора. Если за независимые переменные принимаются входной ток и выходное напряжение, то уравнения четырехполюсника принимают вид

/(-параметров усилительного прибора, причем /іц имеет размерность

в другую при помощи формул перехода. Для у- и /(-параметров эти формулы имеют вид

где Д/і = /іц/(22—hizhzi; А у —у^угг—(/іг//2і-

Выбор системы параметров определяется тем, какая из них дает большие практические преимущества (краткость математических вы­ кладок, простота расчетных соотношений, удобство непосредственно­ го измерения параметров и др.).

В настоящее время большинство наиболее авторитетных специа­ листов склоняется в пользу системы //-параметров. Достоинства этой системы заключаются в следующем: во-первых, достигается наиболь­

схемы усилительных ирибороз.

Вместе с тем следует отметить, что с точки зрения простоты и точности измерений несколько более удобными оказываются /і-пара­ метры. Основной системой параметров, принятой в данной книге при 'построении теории УПЧ, является система (/-параметров, а система /(-параметров как вспомогательная используется только при анализе транзисторных УПЧ с общей базой и каскодных УПЧ типа общая база — общая база и общая база — общий эмиттер при последова тельном включении входной цепи транзистора в колебательным контур.

25

Электронные лампы и транзисторы в каскадах УПЧ могут быть включены различными способами. В ламповых УПЧ наиболее широко применяются каскады на пентоде с общим катодом (основной способ включения, рис. 2.3,а) и каскодное включение двух триодов по схеме общий катод — общая сетка (ОК — ОС, рис. 2.3,6). В транзисторных УПЧ практическое применение получили:

— схема с общим эмиттером (основной способ включения бипо­ лярного транзистора) — рис. 2.3,в;

Рис. 2.3. Схемы усилительных приборов УПЧ:

—схема с общей базой — рис. 2.3,г;

—четыре типа каскодных соединений двух транзисторов: общий эмиттер — общий эмиттер (ОЭ—ОЭ) — рис. 2.3,д, общий эмиттер —

образам:

26

— входная проводимость при коротком замыкании вы­ и,—О ходной цепи*)

*> Реактивная составляющая входной проводимости биполярного транзистора с общей базой и каскодных соединений ОБ—ОЭ, ОБ— ОБ имеет в отличии от других типов усилительных приборов индук­ тивный характер и моделируется в виде последовательного соедине­ ния резистора ги и индуктивности Lu:

27

Для конкретных типов усилительных приборов будем иметь:

— электронные лампы (общий катод):

§ii—ggK, Cn—CgK+CRg, gi2=0, Ci2=Cag; g22=g&K,

С г 2 = б а K + C a g , g z i = S , Ö 2 i = 0 ;

току в схемах с общей базой и общим эмиттером соответственно;

G=1/(1+,а/-) (re-Kaßo),

а8= а2і=f/fs, a T = f/fT.

2.3. ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

По известным у- и /і-параметрам усилительного при­ бора может быть построена его эквивалентная электри­ ческая схема, характеризующаяся той же системой па­ раметров, что и усилительный прибор. При замене в схе­ ме усилителя реального усилительного прибора его эквивалентной схемой не будут изменяться величины всех токов и напряжений. Из бесконечно большого чис­ ла возможных эквивалентных схем усилительного при­ бора используются наиболее простые, обеспечивающие

28

мых к УПЧ, является слабое влияние внутренней обрат­ ной связи па его качественные показатели. Выполнение этого условия позволяет при анализе УПЧ не учи-

Рис. 2.4. Формальные эквивалентные схемы усилительных приборов:

а, б — полные; в, г — упрощенные.

тывать обратной связи и упростить эквивалентную схе­ му, полагая г/і2 = /іі2= 0 (рис. 2.4,в, г). При таких пред­ посылках сделан вывод всех соотношений для основных качественных показате­ лей УПЧ. Полная экви­ валентная схема приме­ няется только при ана­ лизе влияния внутренней обратной связи на ра­ боту УПЧ.

том внутренних шумов показана на рис. 2.5. Причинами возникнове­ ния шумов в электронных лампах являются:

29