книги из ГПНТБ / Смогилев К.А. Радиоприемники сверхвысоких частот
.pdfУчитывая, что
и поделив числитель и знаменатель на R lt получим:
(3.7)
Приравняв нулю первую производную Ко по т , найдем оптимальное значение коэффициента трансформации m0pt>- при котором коэффициент усиления достигает максимального значения:
Пересчитанное в первичную цепь входное сопротивление становится равным эквивалентному сопротивлению первичной цепи, т. е. при этом выполняется условие согласования
Таким образом, оптимальный коэффициейт трансформации обеспечивает согласование нагрузки усилителя со входной цепью следующей лампы, в эту цепь поступает максимальная мощность, на сопротивлении / ? вх развивается максимальное на пряжение, коэффициент усиления становится максимальным.
Максимальное значение резонансного коэффициента уси ления равно:
К,о шах |
(3.8) |
Из этого выражения следует один интересный вывод о кри тической частоте, на которой еще возможно усиление. Пола
90
гая /?ш— О и учитывая, что на достаточно высокой частоте •/?вых<С^эк, т. е. ^?1 ~^вых,в соответствии с (3.8), имеем:
К0тах — 2 ^ V ^вх R bых•
Входное и выходное сопротивления пентода обратно про порциональны квадрату частоты, следовательно, максималь ный коэффициент усиления на пентодах также оказывается примерно обратно пропорциональным квадрату частоты (рис. 3.17). Для усилителей на триодах максимальный коэф фициент усиления обратно пропорционален частоте, так как для триода /?вых = 7?, з? const.
Из рассмотрения рис. 3.17, на котором дана зависимость-. Д"0 max усилителя на лампе 6Ж1П от частоты, следует, что на некоторой частоте коэффициент усиления становится равным единице. На более высокой частоте усиление становится невоз можным.
Частота А р > на которой максимальный коэффициент уси ления становится равным единице, называется критической.
_ |
|
т |
Ко> |
Вводя параметр связи а — —— и имея в виду (3.8) для |
|||
окончательно получим: |
" ‘ opt |
|
|
|
|
|
|
К0 = |
к 01 |
2 а |
|
Т + а ?' |
|
||
|
|
|
|
91;
На рис. 3.18 представлена кривая зависимости резонанс ного коэффициента усиления К о от связи а колебательного контура с цепью сетки следующей лампы.
Из графика следует, что некоторое увеличение связи сверх оптимальной не ведет к значительному снижению коэффициен та усиления.
Взаключение параграфа сделаем несколько замечаний от носительно двойной автотрансформаторной схемы.
Входе расчета усилителя иногда оказывается, что при том
сопротивлении нагрузки которое получается в схеме, коэффициент усиления превышает значение, допустимое по условию устойчивости и определяемое известной формулой
В этом случае необходимо уменьшить эквивалентное со противление нагрузки, уменьшая индуктивность LK контура или увеличивая емкость С*. Такая операция возможна, если позволяют условия настройки контура на заданную частоту, а также условия конструктивной выполнимости катушки ин дуктивности (сосредоточенная индуктивность меньше 0,05 мкгн практически конструктивно невыполнима). При невозможно сти выполнить последние условия для уменьшения коэффи циента усиления прибегают к неполному включению колеба тельного контура в анодную цепь усилителя, т. е. к автотранс форматорной связи со стороны анода лампы.
:92
Схема усилителя с двойной автотрансформаторной связью приведена на рис. 3.19, а соответствующая эквивалентная схема на рис. 3.2(1.
Вводя коэффициент трансформации
т = % !< 1 и п = |
(3.9). |
после замены элементов схемы с учетом трансформации полу чим эквивалентную схему рис. 3.21.
Из рассмотрения последней схемы получаем следующеевыражение для резонансного коэффициента усиления
ц ._ |
mnS |
( З Л О ) |
|
п2 |
1 |
||
от2 |
|||
^?вых |
Я.К |
^?вх |
93-
или, пренебрегая действием выходного сопротивления (часто оно много больше R 3k), имеем:
Ко — nSRB* |
/га |
(3.11) |
|
о I RttX |
|||
|
т
* \ Э К
Из этого выражения видно, что, изменяя величину га, мож но добиться допустимого, с точки зрения устойчивости, коэф фициента усиления усилителя.
nSU6x © |
— |
|
JL |
1j |
|
Г^эх — |
|||
п л |
~ |
~Ск l-j |
,т ~U' |
|
|
|
rfcs>, М |
i |
|
|
|
|
|
JU |
|
|
Рис. 3.21. |
|
|
В случае, когда Rbux одного порядка с Rbv. и его действием пренебречь нельзя, резонансный коэффициент усиления опре деляется соотношением (3.10). Оптимальное значение /га в данном случае (при га = const) равно
”-= 1/(£;+йг.)а- |
(3-,2> |
Выражения (3.10) и (3.12) позволяют найти нужные зна чения /га и я по известному коэффициенту устойчивого усиле ния.
Уменьшение коэффициента трансформации /га вызывает уменьшение напряжения на входе следующей лампы, но прщ водит к увеличению напряжения на аноде лампы рассматри ваемого усилителя. Это объясняется уменьшением шунтирую щего действия входного сопротивления лампы следующего каскада. Таким образом, при снижении т возможность само возбуждения не уменьшается, несмотря на снижение усиления каскада в целом.
94
§3.5. Усилитель СВЧ на пентоде с общим катодом
ипоследовательной индуктивностью
Частота, на которую можно настроить усилитель с парал лельным включением контура, ограничена, так как эквивалент ная емкость и индуктивность контура не могут быть сделаны сколь угодно малыми. Эквивалентная емкость в указанной схеме не может быть меньше суммы входной, выходной емко стей лампы и емкости монтажа. Конструктивно выполнимая сосредоточенная индуктивность также ограничена. Вместе
с тем |
иногда необходимо обеспечить настройку усилителя на |
||
более |
высокую частоту. В этом случае задача решается при |
||
менением усилителя с |
последовательной |
индуктивностью. |
|
Принципиальная схема |
такого усилителя |
изображена на |
|
рис. 3.22. |
|
|
|
Рис. 3.22.
Индуктивность LK колебательного контура включена здесь последовательно между выходом одной лампы и входом дру гой. Это обстоятельство и определяет название схемы.
На рис.. 3.23 показана эквивалентная схема усилителя без
учета сопротивлений R t .и Rg {R{ |
/? вых; Rg^ > R BX). |
|||
Обозначив |
|
|
|
|
Ra Rab\y |
C l — Свых 4 “ Сщ И |
C 2 — |
C Bx “Ь С,м2 > |
|
Ra “Ь Ra |
||||
эквивалентную схему |
можно |
привести |
к |
более простой |
(рис. 3.24). |
|
|
|
|
95
Собственные потери в контуре последняя схема не учиты вает, так как ее целесообразно применять на частотах, где /?»к > ^?вх. В такой схеме колебательный контур состоит из индуктивности LK и двух последовательно соединенных емко стей С] и С2 (это по существу выходная и входная емкости ламп и емкость монтажа). Общая емкость контура
c = c T + f c |
(3'13> |
|
меньше каждой из емкостей |
пли С2, |
поэтому схема допу |
скает настройку контура на весьма высокую резонансную ча стоту до 400 Мгц, обеспечивая сравнительно высокий для этой частоты коэффициент усиления порядка 5.
Из рассмотрения схемы (рис. 3.24) видно, что анодная цепь лампы усилителя и сеточная цепь следующей лампы подключены только к соответствующим частям контура.
Более наглядно это показано на эквивалентной |
схеме |
риа 3.25. Следовательно, рассматриваемая схема по |
своим |
свойствам подобна рассмотренной выше схеме с двойной авто трансформаторной связью. Она позволяет подбором емкостей
96
Сг и С2 осуществить согласование и обеспечить максималь ный коэффициент усиления. Неполное включение анодной и сеточной цепей ламп снижает, кроме того,, влияние разброса величин междуэлектродных емкостей ламп на настройку и из бирательность схемы, а также уменьшает шунтирующее дейст вие входного и выходного сопротивлений на колебательный контур.
SUex
LK
Напряжения Ux и UBых оставляют часть напряжения U, действующего на всем контуре. Следовательно, схема осуще ствляет трансформацию напряжений. Общий коэффициент трансформации
М = |
( 3 .1 4 ) |
так как напряжение на емкостном делителе раскладывается обратно пропорционально емкостям. Частные коэффициенты трансформации
я _ |
Ц _ |
с _ |
с 2 |
и |
и ~ с 1 ~ с 1 + с2< 1 |
||
|
С |
|
|
ОТ : |
и* |
с х+ с 2 < 1. |
|
U |
|
||
Из последних соотношений следует, что
от
М = —• (3 .1 5 )
п
7 К. А. Смогилев |
97 |
Введенные коэффициенты трансформации позволяют при вести схему к виду, еще более удобному для рассмотрения
(рис. 3.26).
Рис. 3.26.
Найдем выражение для коэффициента усиления. Из схемы рис. 3.26 (для резонанса) имеем:
|
R\ Rax |
|
и» |
=nS(JB п- |
т2 |
т |
Ri I |
Rbx |
|
7T2 + |
m 3 |
откуда резонансный коэффициент усиления
|
и ш |
|
RyRax |
Ко = |
Ua: |
= |
mnS m 2/? ! -f- я 2/?нх |
или, имея в виду (3.15), после преобразований получим:
К0— SRb*--- М- о ~ - |
(3.16) |
R\
Полученное выражение по форме такое же, как (3.7). Оп тимальный коэффициент трансформации
= |
(3.17) |
Так как обычно Ry > R*x(Ry ~ /?вых), то |
С |
Мор1 = ~ < 1 . |
Следовательно, для согласования необходимо емкость Сг выбирать меньше емкости С2. После выбора Сг и С2 нетрудно найти 7-к из условия настройки контура в резонанс на задан ную частоту.
98
Максимальное значение резонансного коэффициента уси ления
|
= |
|
|
(3.18) |
|
Подставляя. (3.18) в |
(3.16) |
и вводя параметр связи а для |
|||
.резонансного коэффициента усиления, получим: |
|
||||
|
|
2 а |
|
|
|
К , |
К о max |
&" |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Изменение коэффициента |
усиления |
в зависимости |
от |
||
■связи (а) дается кривой рис. 3.18. |
с |
последовательной |
ин |
||
Другой вариант схемы усилителя |
|||||
дуктивностью приведен на рис. 3.27.
При конструировании радиоприемных устройств иногда бывает необходимо разделить усилитель промежуточной ча стоты на два блока, которые соединяются коаксиальным ка белем. Для создания в кабеле режима бегущих волн его на гружают на волновое сопротивление. Следовательно, выход ной усилитель первого'блока (так называемого предваритель ного УПЧ) должен работать на низкоомную нагрузку, так как входное сопротивление кабеля будет также равно волновому сопротивлению р. (Для стандартных кабелей, применяемых в данном случае, р = 5 0 150 ом). При этом усилитель должен обеспечивать заданную полосу пропускания, по возможности «более высокий коэффициент усиления и согласование на входе
99