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

Приращения полной емкости контура для однокон­ турного каскада

ДСЭ= т2АС22-)- гпАСиС АС]

в двухконтурном каскаде:

ДСЭ 1 = т2+ АС22+ АС, для первого контура;

Отсюда, полагая ДСэ = 0, АСэі= 0, ДСЭ2 = 0 , определяем необходимый ТКЕ конденсаторов, которые образуют собственные емкости контуров:

Входная и выходная активные проводимости мало­ мощных транзисторов в широком интервале рабочих тем­ ператур (—60-f- + 60°С) практически линейно зависятот температуры [И, 31, 44], т. е.

Я ш — g n ( l + б ц Д / ) ,

2т — ^2 2 ( 1 + 6 2 2 ДІ),

пературный интервал.

301

Значения би и 6 2 2 существенно зависят от вида схем каскадов по постоянному току и от величин сопротивле­ ний входящих в нее резисторов, а также от частоты и типа транзисторов. У кремниевых транзисторов бц и 6 2 2 обычно меньше, чем у германиевых. При жесткой стаби­ лизации рабочей точки и низких частотах, когда напря­ жения на электродах транзистора фиксированы, величи­ ны бц и 6 2 2 обычно лежат в пределах [31]

6 ц = — (Зч-5) 10_ 3 град~1, б2 2 = — (2 -е- 4) 10− 3 град

На высоких частотах. величина бц уменьшается (по модулю) и может изменить знак на обратный [44]. При­ менение схем температурной стабилизации позволяет значительно уменьшить бц и б22Оценка влияния тем­ пературных изменений проводимостей gu, ≤ 2 2 на полосу пропускания может быть сделана по величине эквива­ лентного затухания контуров. Используя соотношения (3.23), (3.25), (3.33) и (3.35), нетрудно получить сле­ дующие соотношения для одноконтурного и двухконтур­ ного УПЧ:

dgt = dä[1 + (бц + б22)Ді], dait —da( 1+ б2 2 АІ), dazt = d3( 1+ бцАІ),

где dat, d-ait, dan — эквивалентные затухания при темпе­ ратуре, равной /; d3— эквивалентные затухания при t =

=20°С.

Вузкополосных УПЧ, когда удовлетворяется нера­

венство 0,8^d!d3< 1 , можно пренебречь влиянием неста­ бильности проводимостей g ц, ≤ 2 2 на полосу пропускания.

В широкополосных УПЧ, когда требования к избира­ тельности не предъявлены, иногда достаточно (если бц + +бг2 < ’0 ) обеспечить заданную полосу пропускания при максимальной рабочей температуре. При пониженных температурах полоса пропускания будетобеспечиваться с запасом. На высоких частотах, когда бц и б2 2 имеют разные знаки, обеспечивается частичная взаимная -ком­ пенсация температурного влияния проводимостей gu и g22- При высоких требованиях к ширине полосы пропу­ скания необходимая компенсация изменений эквивалент­ ных затуханий контуров и, следовательно, стабилизация полосы пропускания часто достигается применением ука­ занных выше схемных методов термостабилизации ре-

302

транзисторов и подчас чрезмерно громоздки. Значения

сопротивлений резисторов схем термостабилизации, вы­ численные по формулам, рекомендуемым различными авторами, нередко существенно отличаются друг от дру­ га и могут быть рекомендованы как ориентировочные. В процессе наладки каскадов УПЧ величины сопротивле­ ний этих резисторов практически всегда уточняются экс­ периментально.

Обоснование теории и инженерных методов расчета рассмотрен­ ных схем температурной стабилизации применительно к УПЧ выхо­ дит за рамки настоящей книги. Поэтому ограничимся рассмотрением наиболее простой (не уступающей другим по точности) методики расчета, исходящей из того, что условием стабильности коэффициен­ та усиления каскада УПЧ является равенство относительного изме­ нения коллекторного тока в рабочей точке и нормированного диапа­ зона рабочих температур:

Обратный коллекторный ток Іко при Т=Т0.

Вспомогательные параметры: / и U, значения которых вычисля­ ются по формулам

Г-Г о/ІО

/--= /„о2 е м , і/ = 1,8 (7"м — Тт).

Расчетные соотношения для резисторов термостабилизации име­ ют следующий вид.

1. Схема с отрицательной обратной связью по постоянному току (рис. 8.6,а)

Если оказалось, что Яф^О, то целесообразно в первой формуле

(рис. 8.6,в).

304

Сопротивления резисторов й3 и Йф вычисляются по формулам предыдущего случая, а резисторов R і и R2 :

стандартнее напряжения источника питания цепи базы. После это­ го уточняеі:я R 3 и рассчитывается Rф по формулам

R 3— (Е б— Сбэ)//ок,

R ф — {Е к —екз)/І0к.

Изменения температуры меняет величину обратной проходной проводимости транзистора и глубину внутрен­ ней обратной связи в каскадах УПЧ, что может ухуд­ шить устойчивость последних. Обратная проходная про­ водимость транзистора несколько уменьшается с увели­ чением температуры [4] по закону, близкому к линей­ ному:

I У1 2 1{= I Y121(1 + бггА'О,

ной проходной проводимости. В режиме жесткой стаби­

At = V I Ytl IV I yis I t,

поэтому устойчивость каскадов УПЧ следует обеспечи­ вать прежде всего при максимальной рабочей темпера­ туре.

В каскадах с нейтрализацией или коррекцией вну­ тренней обратной связи температурные изменения об-

ратной проходной проводимости, вызванные главным об­ разом изменениями емкости Сі2, приводят к нарушению условий нейтрализации или коррекции. Ослабление это­ го недостатка достигается использованием в цепях ней­ трализации и коррекции конденсаторов с отрицательным ТКЕ примерно той же величины, что и ТКЕ емкости Сі2.

8.8. СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УПЧ НА УНИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Свойства униполярных транзисторов близки к свойствам элек­ тронных ламп. Это делает весьма схожими и принципиальные схемы их каскадов на тех и других усилительных приборах.

Цепь затвора. В зависимости от типа полевого транзистора ис­ пользуются два режима.

1. Обедненный режим, характеризующийся уменьшением прово­ димости канала при увеличении от нуля напряжения смещения на участке затвор — исток.

2. Обогащенный режим, отличающийся увеличением проводимо­ сти канала при возрастании от нуля напряжения смещения на уча­ стке затвор — исток.

Транзисторы с р-п переходом работают только в обедненном режиме. Полевые МДП-транзисторы с индуцированным каналом ис­ пользуются только в обогащенном режиме. Полевые МДП-транзи­ сторы со встроенным каналом могут работать как в обедненном, так и в обогащенном режиме. Наиболее распространенные схемы пита­ ния цепей затвор — исток полевых транзисторов с р-п переходом изо­ бражены на рис. 8.15. Схемы, аналогичные рис. 8.15,6, е, применя­ ются в каскадах на МДП-транзисторах с индуцированным каналом. Все варианты схем рис. 8.15 могут применяться в каскадах на МДП-

лельная схема используется в одноконтурных каскадах, последова­ тельная — в двухконтуриых. Резистор R 3 при параллельном питании затвора уменьшает входное сопротивление каскада и увеличивает его шумы. Поэтому в узкополосных и малошумящих каскадах целе­ сообразно применение последовательной схемы цепи затвора.

где Еп, / и — напряжение смещения ня участке затвор — исток и ток истока в рабочей точке.

Сф определяются в результате расчета системы АРУ. Типичные их

306

Рис. 8.15. Схемы питания цепи затвора полевого транзистора:

ся так, чтобы обеспечить достаточно высокую стабильность харак­ теристик УПЧ в рабочем диапазоне температур.

Цепь стока. В подавляющем большинстве практических схем применяется последовательное питание стока (например, рис. 8.16,я— в одноконтурном УПЧ и рис. 8.16,6 — в двухконтурном). Схема-кас­ када с нейтрализацией внутренней обратной связи изображена на рис. 8.16,в. Для ослабления паразитной обратной связи по общей цепи питания в цепь стока включен фильтр развязки ЯфСф:

Яф — (Д с—Д и—Яси) /7 с,

0)

Рис. 8.16. Схемы каскадов УПЧ на полевом транзисторе:

Рис. 8.17. Схема каскада двухконтурного УПЧ на каскодном соеди­ нении полевого и биполярного транзисторов.

308

где Е с — напряжение источника питания; еСи — напряжение сток — исток в рабочей точке; / с — ток стока.

Емкость конденсатора Сф может быть рассчитана по формуле

(8.51).

Для ослабления влияния внутренней обратной связи иногда применяют каскодные соединения униполярного и биполярного тран­ зисторов (рис. 8.17). Такие схемы обеспечивают весьма высокую развязку входного и выходного контуров, имеют небольшую входную проводимость, хорошо работают в широком диапазоне температур, дают большое усиление при малом уровне перекрестной модуля­ ции.

8.9. ПРОВЕРКА КАСКАДОВ УПЧ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

Электрический расчет принципиальной схемы начи­ нается е проверки каскадов на устойчивость путем сравнения максимального устойчивого коэффициента усиления

определенным без учета влияния внутренней обратной связи в усилительном приборе. Проверка выполняется отдельно для предварительных и для оконечного каска­ дов. Соотношения для расчета резонансных коэффици­ ентов усиления каскадов по напряжению приведены в табл. 8.3. Степень влияния внутренней обратной связи

между слабой и умеренной степенями неустойчивости может изменяться в пределах 1 ,2 —2 , а между умеренной и сильной — от 2 до 4.

Порядок расчета элементов межкаскадных цепей устойчивости каскадов (в том числе и преобразователя частоты) приведен в § 8 .1 0 .

В неустойчивых каскадах приходится принимать специальные меры по повышению устойчивости, завися­ щие от степени неустойчивости. При слабой неустойчи­ вости применяются способы пассивного метода повыше­ ния устойчивости. Если степень неустойчивости умеренная, то используются способы активного метода повышения устойчивости, В случае сильной неустойчивости по­ вышение устойчивости достигается одновременным при­ менением обоих методов.

309

Т а б л и ц а 8.3

Расчетные соотношения для резонансных коэффициентов усиления по напряжению

310