книги из ГПНТБ / Шапиро Д.Н. Основы теории и расчета усилителей высокой частоты на транзисторах

только удаляют усилитель от самовозбуждения и уменьшают

т. е, нестабильность .коэффициента усиления будет определяться нестабильностью только одного параметра усилительного прибора — IУах I - Физически это вполне понятно, так как при At » 1 и

лучим новый усилительный прибор с матрицей [УД Можно по­ казать [Л23], что

На этот новый усилительный прибор распространяется всё изложенное в предыдущих параграфах. Однако ввиду сложно­ сти (2.131) — (2.134) анализ в общем виде затруднён; поэтому ограничимся случаем плоскостного транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером при /<0,1 /я. В этом случае мож­ но считать

Если учесть (2.135) и ограничиться случаем |F 2 1 |i? < 1 0 (большие значения R вряд ли представляют практический ин­ терес), то с достаточной для инженерной практики точностью

Для схемы с общим эмиттером g21> 0; поэтому обратная связь за счёт введения R оказывается отрицательной. А из (2.136) с учётом (2.34) заключаем, что при Ку = const и М > Мрас

введение этой обратной связи уменьшает Кр с в | 1 + Y 21R | раз.

Из (2.131), (2.133) и (2.134) с учётом (2.135) нетрудно полу­ чить приближённые выражения:

i + y 21r

Эти выражения показывают, что gn и g22—довольно сложные функции параметров усилительного прибора и R, так что иссле­ дование влияния обратной связи на их отклонение от номиналь­ ных значений в общем случае затруднено. Однако, как мы знаем

столько же раз уменьшить ЬКр с. В этом отношении усилитель

на транзисторе аналогичен ламповому Из сказанного заключаем, что в ряде случаев целесообразно введение сопротивления R.

Рассмотрим, наконец, непосредственное влияние отклонения g п и g22 на полосу пропускания ступени.

Для эквивалентного контура рис.-2.2 можно написать

где ог — характеристическое сопротивление.

130

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я

АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

3.1. Резонансный усилитель с параллельным включением органа настройки в колебательный контур

В первой и второй главах были введены в рассмотрение ко­ эффициенты А 1 и А 2, характеризующие связь усилительного при­ бора с предшествующим и последующим контурами (фильтра­ ми) и изложены соображения по выбору величин этих коэффи­ циентов в резонансном усилителе с идеальными трансформато­ рами. Рассмотрим, насколько эти соображения сохраняют силу в усилителе с реальными контурами и связями и как выбрать параметры элементов контуров, чтобы получить соответствующие

А 1 и А2.

На рис. 3.1а представлен один из возможных вариантов свя­ зи контура с предшествующим и последующим усилительными приборами. Элементы схемы, обеспечивающие путь постоянно­ му току выходной цепи предшествующего УП, не показаны; их проводимости можно считать учтёнными в Y22 или в контуре. Особенность схемы в том, что орган настройки включён в контур параллельно элементам связи е усилительными приборами.

Обе связи характеризуются соответствующими коэффициен­ тами включения — р1 и р2. Как известно, коэффициент включе­ ния контура в цепь (выходную или входную) усилительного при­ бора равен отношению напряжения между точками подключе­ ния этого прибора на холостом ходу (пока он ещё не подклю­ чён) к напряжению на всём контуре (между верхней и нижней его точками).

Если добротность контура велика, то принято считать, что конденсаторы и катушки не имеют потерь, а все потери сосредо­ точены в активной проводимости рк, включённой параллельно полной ёмкости и полной индуктивности контура (рис. 3.16). Строго говоря, gK зависит от частоты; однако в узкополосных усилителях (AF < /о) этой зависимостью в пределах нескольких полос пропускания можно пренебречь. В широкополосных уси­ лителях (ДF одного порядка с /0) нужная полоса пропускания достигается, как правило, сильным дополнительным демпфиро­ ванием контура при помощи параллельно включённого сопро­ тивления (Ид на рис. 3.1а), практически не зависящего от ча­

стоты в широких пределах. Величина g K определяется при этом

132

почти полностью указанным сопротивлением и, следовательно, её зависимостью от частоты можно опять лренебречь.

Принято считать, что проводимости, подключаемые н части контура извне, можно пересчитывать в эквивалентные им про­ водимости, подключённые параллельно всему контуру, умноже-

Рис. 3.L Контур резонансного усилителя с параллельным включением органа настрой­ ки (а) и соответствующие эквивалентные схемы ( б и в )

нием на квадрат соответствующего коэффициента включения, как показано на рис. 3.16. Считается также, что проводимость контура, измеренная между двумя его точками, к которым под­ ключается внешняя проводимость, может быть найдена как про­ водимость между верхней и нижней его точками, делённая на квадрат соответствующего коэффициента включения, как пока­ зано на рис. 3.1в. На этом рисунке g'K и Ь'к— проводимости кон­

тура с учётом guP\ и bup2, a g“K и Ьк" — его проводимости с учё­

том g22p22 И Ь22р22-

Указанные пересчёты возможны с достаточной степенью точ­ ности лишь при выполнении определённых условий, приводящих к ограничениям по полосе пропускания и к неравноценности

133

различных видов связи. К анализу этих условий вернёмся позже, пока же будем считать их выполненными.

Из рис. 3.1а и б можно заключить, что все соотношения и вы­ воды, полученные во второй главе для усилителя с идеальными трансформаторами,, должны сохранить силу и для усилителя с реальными связями при условии замены коэффициентов транс­ формации щ и н2 коэффициентами включения р\ и р2. Это позво­ ляет установить связь между pi и р2 и между р, А, ДF и Ск, где под Ск понимается полная ёмкость контура с учётом реакции усилительных приборов.

Действительно, из (2.24) и (2.23), опустив индексы i и за­ менив п на р, без труда получи^

В частности, с конструктивной точки зрения может оказаться желательным принять pi = p2—l (непосредственное включение контура в выходную и входную цепи усилительных приборов). Это потребует выполнения

Уёи

Важно обратить внимание на то, что (3.1) не предполагает обязательней связи между А\ и А2. Поэтому (3.2) сохраняет си­ лу и в том случае, если коэффициенты А для предшествующего и последующего усилительных приборов выбраны из разных со-

134

ображений. Кроме того, можно отнести (2.24) к контуру, пред­ шествующему данному усилительному прибору, а (2.23) — к кон­ туру, следующему за ним, и предположить, что характеристиче­ ские сопротивления р и полосы пропускания AF этих контуров (с учётом реакции усилительных приборов) неодинаковы. Тогда, имея в виду, что

где индексами 1 и 2 помечены соответственно величины, относя­ щиеся к предшествующему и последующему контурам.

Так как

то из (3.1) совместно с (3.5) следует

Последнее выражение позволяет выбрать совместно Ск и р, исходя из ранее выбранного значения А. Подчеркнём, что вы­ бор Ск и р возможен только совместный, хотя соображения, которыми при этом руководствуемся, могут относиться к Ск и р

раздельно; например, может быть желательно получить не слиш­ ком большое Ск или обеспечить р2 = 1.

Допустим, что необходимо построить усилитель с / 0= 50 Мгц

(из конструктивных соображений), получим из (3.8) Ск=45,5 пф из (3.2) — рх = 0,25 и из обычных соображений — LK= 0,22 мкгн.

После того как выбраны А, р и Ск, остаётся лишь рассчи­ тать параметры всех элементов контура (в частном случае схемы

занные с этими условиями важные дополнительные соображения и ограничения.

Колебательный контур, связанный с внешней проводимостью Y6= g e-\- ibg любым из трёх видов связи рис. 3.2, может быть

135

При Yй Ф 0 в выходной проводимости четырёхполюсника связи появляется дополнительная проводимость ДY, причём

Из-за пассивности четырёхполюсника связи Ь12 се = Ь21 се. Но отношение bl2relbUre представляет собой коэффициент передачи этого четырёхполюсника по напряжению от зажимов 2 — 2 к зажимам 1 — 1 при Ye = 0, т. е. оно равно коэффициенту вклю­ чения р

Поэтому (3.12) можно переписать в виде

1 + i b11 Св

Последнее выражение показывает, что пересчёт проводимости Yg в эквивалентную ей проводимость, подключённую параллель­ но всему контуру, путём умножения на квадрат коэффициента

Р2 + iгb11 Св

137

Следовательно, пересчёт полной проводимости контура к за­ жимам 1— 1 делением на квадрат коэффициента включения до­ статочно точен лишь при условии

Отнесём проводимость Ьв к четырёхполюснику связи, образуя

этим новый четырёхполюсник связи [Fce], включённый между точками Г — Г и 2 — 2 (рис. 3.2). Все параметры этого нового четырёхполюсника, кроме Ь11св, сохраняют прежние значения,

а Ьи св приобретает новое значение

Внешней проводимостью при этом будет считаться только активная составляющая Yв, т. е. ge.

Если отнести Ьп и Ь22 (рис. 3.1а) к четырёхполюсникам свя­ зи, то отклонение параметров усилительных приборов от их но­ минальных значений влияет на работу усилителя в изучаемом реальном усилителе несколько иначе, чем в усилителе на иде­ альных трансформаторах.

Изучать этот вопрос будем в конце пар. 3.2.

Рассмотрим соотношения на частоте настройки контура, т. е. при YK= gK. Условие (3.18) перепишется при этом в виде

выполнение (3.20) обеспечивает достаточную точность как пере­

138