книги из ГПНТБ / Смогилев К.А. Радиоприемники сверхвысоких частот

Входное сопротивление приемно-усилительной лампы с учетом действия индуктивности катодного ввода и инерции электронов выражается следующей зависимостью:

о= _________ 1__________

(aSK^ + LKSKCRJ ^

Из выражения следует, что для данной лампы входное со­ противление зависит только от квадрата частоты, так как все другие величины, входящие в формулу, остаются постоянными для заданного режима работы. Последнее обстоятельство по­ зволяет для расчетов входного сопротивления пользоваться следующей простой формулой:

Значения постоянного коэффициента k определяются экс­ периментально для каждой лампы и приводятся в справоч­ никах.

3.Выходное сопротивление ламп

Вдиапазоне длинных, средних и коротких волн активная составляющая выходного сопротивления лампы равна ее

параллельного соединения внутреннего сопротивления лампы R t и дополнительного выходного сопротивления /?вы*', появление которого связано с действием индуктивностей и взаимоиндуктивностей вводов электродов, распределенных емкостей, а также с наличием диэлектрических потерь в лампе.

Дополнительное активное выходное сопротивление /?вых' обратно пропорционально квадрату частоты и в диапазоне СВЧ для пентодов значительно меньше, чем внутреннее сопротив­ ление лампы Поэтому шунтирующим действием внутрен­ него сопротивления пентода в области СВЧ часто можно пре­ небречь и учитывать в выходном сопротивлении только состав­

80

Выходная емкость лампы Свых также не' остается постоян­ ной при изменении частоты, однако в области частот, для ко­ торых конкретные лампы предназначены, эта емкость не от­ личается от величины, приводимой в справочниках.

Рис. 3.10.

Выходную цепь лампы можно представить в виде парал­ лельного соединения активного сопротивления /?Вых и емкости Свых (рис. 3.10), которые подключаются к участку анод-катод лампы.

§ 3.3. Способы включения усилительной лампы

Усилитель имеет два входных и два выходных зажима, которые можно подключить только к трем активным электро­ дам лампы: катоду, сетке и аноду. Один из электродов ока­ зывается общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой из электродов является общим, различают схе­ мы с общим катодом, общей сеткой и общим анодом.

Параметры самих ламп (крутизна, внутреннее сопротив­ ление и др.) не зависят от способа включения. Свойства же схем с различным включением ламп существенно отличаются друг от друга. Рассмотрим кратко некоторые особенности указанных схем.

1. Схема с общим (заземленным) катодом.

Наиболее распространенной схемой усилителя является схема с общим катодом (рис. 3.11).

Входное напряжение поступает на участок сетка-катод, а выходное напряжение снимается с участка анод-катод.

Особенность этой схемы заключается в том, что обратная связь между входной и выходной цепями осуществляется только (не считая LK) за счет емкости Са&, которая (напри­ мер, в пентодах) может быть сделана достаточно малой (ты­ сячные доли пф).

2.Схема с общим (заземленным) анодом.

Вэтой схеме входное напряжение подается к зажимам

сетка-анод (рис. 3.12). Выходное напряжение снимается с участка катод-анод. Особенностью схемы является сильная отрицательная обратная связь между входной и выходной цепями.

В результате действия последовательной отрицательной обратной■связи схема обладает высоким входным и низким

82

выходным сопротивлениями. По той же причине коэффициент усиления по напряжению здесь меньше единицы.

Схема называется катодным повторителем, так как фаза выходного напряжения совпадает с. фазой • входного, а их ве­ личины примерно одинаковы.

3.Схема с общей (заземленной) сеткой.

Всхеме с. общей сеткой (рис. 3.13) входное напряжение поступает к участку сетка-катод, а выходное напряжение сни­ мается с участка анод-сетка; приведенная схема отличается наличием двух обратных связей между входной и выходной цепями. Первая обратная связь (отрицательная при резонансе)

■обусловлена тем, что входная и выходная цепи обтекаются

•током лампы. Эта параллельная обратная связь по току,

Рис. 3.13.

с одной стороны, способствует устойчивой работе схемы, од­ нако, с другой, — приводит к низкому входному сопротивле­ нию. Вторая обратная связь осуществляется через емкость ■Сак, которая в триодах значительно меньше емкости C ag. Эта связь может быть как положительной, так и отрицательной в зависимости от характера нагрузки.

§ 3.4. Усилитель СВЧ на пентоде с общим катодом и параллельным включением контура

Усилители на пентоде с общим катодом и параллельным включением контура получили наиболее широкое распростра­ нение в метровом диапазоне волн. Такие усилители собирают­ ся на пальчиковых (реже на обычных) пентодах и иногда пе­

83

рестраиваются в заданном диапазоне путем изменения индук­ тивностей контуров. Схема усилителя представлена на рис. 3.14.

Для обеспечения достаточно широкой полосы пропускания колебательный контур шунтируется активным сопротивлением . /?ш. Развязывающие фильтры в цепи анода и экранной сетки состоят соответственно из сопротивления Ra, емкости Св, со­ противления Нъ и емкости С,. Вместо сопротивления R» (или последовательно с ним) иногда включают дроссель. Фильтрация обеспечивается также в цепи подогрева катодов ламп.

Взависимости от частоты, на которой работает .усилитель,, может представиться два случая включения колебательногоконтура в цепь сетки следующей лампы.

Впервом случае, когда входное сопротивление следующей лампы больше эквивалентного сопротивления контура,, цепь-ее-

результатов — согласования добиться нельзя ( ^?эк < RBx), а ослаблять шунтирующее действие входного сопротивления еще нет необходимости.

Во втором случае, когда эквивалентное сопротивление контура больше входного сопротивления следующей лампы

84

и последнее оказывает заметное шунтирующее действие, цепь сетки следующей лампы подключается к частя контура, Теперь становится возможным и желательным для получения максимального коэффициента усиления согласова­ ние нагрузки усилителя со входным сопротивлением.

Рассмотрим особенности усилителя в первом случае ■(Я.к</?вк). Коэффициент усиления при резонансе выражает­ ся известным соотношением:

Ko = SR„

где 5 — крутизна статической характеристики лампы. Экви­ валентное сопротивление Rs колебательного контура при ре­ зонансе, с учетом шунтирующего действия всех элементов цепи (выходного сопоставления лампы, входного сопротивле­ ния следующей лампы, шунтирующего колебательный контур, дополнительного сопротивления и др.) находится из следую­ щего выражения:

где

— последовательное сопротивление в контуре, учитываю­ щее все потери межкаскадной цепи;

— волновое сопротивление контура, емкость которого Се

•определена с учетом междуэлектродных емкостей ламп и ем- . ■кости монтажа и равна:

85

Здесь d9 — эквивалентное затухание контура, учитывающее-

Из полученного выражения следует, что при заданной по­ лосе пропускания, коэффициент усиления, получаемый с дан­ ной лампой, определяется ее крутизной и эквивалентной ем­ костью межкаскадной цепи. Максимальное значение произве­ дения коэффициента усиления на полосу пропускания полу­ чается при минимальном значении эквивалентной емкости, когда собственная емкость колебательного контура и емкость монтажа отсутствуют, т. е. когда Ск = См= О,

Съ—С9min = С0 — Свх -f- Свых.

Тогда

Максимальное значение произведения коэффициента уси­ ления на полосу пропускания для данной лампы есть величи­ на постоянная при условии, что следующий каскад собран на той же лампе. Она характеризует усилительные способности лампы в случае усиления сигналов с широким спектром. По­ стоянная величина В0 приводится в справочниках по электро­ вакуумным приборам и позволяет осуществлять ориентировоч­ ный выбор лампы для получения максимального усиления при

свысокой крутизной и малыми междуэлектродными емкостями.

Вусилителях СВЧ иногда не удается обеспечить заданнуюширокую полосу пропускания без включения параллельно контуру дополнительного активного сопротивления. Величину этого сопротивления можно найти из выражения для эквива­

86

1+

Яэк I /?3«\

Яш/

р

Отсюда, учитывая, что — = dK, найдем: Рк

Яэк ЯШ (3.6)

da _ | _ Явк Явх

В ходе расчета усилителя находят или задают величины dK, Яэк и Явх, после чего, определив по заданной полосе про­

пускания d? = - ^ , в соответствии с. (3.6) находят Яш-

То

Перейдем к рассмотрению второго случая, когда входное сопротивление меньше эквивалентного ' сопротивления кон­ тура (Я Эк>Явх). Шунтирующее действие/?вх приводит здесь к заметному снижению коэффициента усиления и избиратель­ ности усилителя. Для уменьшения влияния Явх цепь сетки следующей лампы подключают к части колебательного кон­ тура и добиваются согласования нагрузки усилителя со вхо­ дом следующей лампы. При согласовании коэффициент уси­ ления становится максимальным.

Пользуясь эквивалентной схемой, представленной на рис. 3.15, найдем выражение для коэффициента усиления и условие оптимальной связи колебательного контура со входом следующей лампы.

Цепь сетки следующей лампы подключена автотрайсформаторно.

Коэффициент трансформации

Цвых 1

т = - щ ; < и

Без учета взаимоиндуктивности частей катушки

87

bo

oo

Схему рис. 3.15 можно упростить, объединив соответствен­ но параллельные сопротивления и емкости и пересчитав элементы входной цепи следующей лампы в первичную цепь.

Обозначим

в рассматриваемом случае к части колебательного контура и шунтирует только эту часть контура. Это действие эквивалент­ но действию большего сопротивления, подключенного парал­ лельно всему контуру. Пересчитанное в первичную цепь вход­

ное сопротивление лампы Rex' в — 2 раз больше Rex. Это зна­

чит, что шунтирующее действие его соответственно уменьши­ лось. Величину R bx м о ж н о подобцать изменением коэффи­ циента трансформации т так, чтобы обеспечить согласование

Пересчитанная в первичную цепь емкость С2' в /га2 раз ста­ ла меньше емкости С2 - Этим существенно ослаблено влияние разброса величины емкости С2 на настройку контура.

Пересчитанное в первичную цепь выходное напряжение при резонансе равно:

4^ = S UbxR b.

т

Отсюда коэффициент усиления схемы при резонансе

89

\