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

Так как в бесконечной цепочке одинаковых ступеней каждый триод нагружен входной проводимостью следующего триода, ко­

ния 1 , можно увидеть, что на частотах, относительно низких для

Это позволяет сравнить усилительные возможности усили­ теля на сопротивлениях с возможностями резонансного усили­ теля, которые определяются (2.34). Такое сравнение дано в

191

Кроме того, как непосредственно следует из (3.208), коэффи­

Усилитель на трансформаторах с дополнительными проводи­

где

«1

(3.210)

а2

192

мы сделаем Рн, а следовательно, рабочее усиление мощности усилителя, зависимым практически только от одного параметра усилительного прибора •— У2ь

Введём обозначение

Чтобы обеспечить третье из (3.211), надо задаться х, доста­ точно близким к единице, и выбрать а\ и а 2 из расчёта

Не введя в схему рис. 3.17 дополнительных проводимостей g-д! и ^ 2, нельзя обеспечить одновременного выполнения первых

двух из (3.211). Если же ввести достаточно большие дополни­ тельные проводимости, то каждый из транзисторов будет «ви­ деть» перед собой генератор и нагрузку, проводимости которых будут почти чисто активны. Это позволит нам, пренебрегая еди­

ницами в скобках слева и учитывая (3.210), переписать (3.213) в виде

что согласуется с (2 .1 ) при пренебрежении единицами в скоб­ ках и условии, что 2 ( 1 —Ку) > ( 1 —х ).

Хотя А 1 ещё не гарантирует а ^$>1, из приведённых выше соображений следует, что, положив в основу расчёта усилителя рис. 3.17 ф-лу (2 .1 ) и выбирая коэффициенты А\ и А 2 так, чтобы ни один из них не был близок к единице, можно существенно ослабить влияние всех параметров триода, кроме У2ь на коэф­ фициент усиления ступени.

Выясним, как надлежит выбрать g m, gM2 и п в изучаемой

усилителе, чтобы выполнялось (2.1). Если выполняется (2.1), то обратная связь через транзистор мало влияет на работу усили-

теля, следовательно, мы опять можем считать входную и выход­ ную проводимости транзистора соответственно равными 7ц и Y22, как делали это ранее при анализе избирательных усилите­ лей, т. е. будем исходить из упрощённой схемы рис. 3.18.

УП

Y,,

Рис. 3.18. Упрощённая схема апериодического усили­ теля на трансформаторах

Из схемы рис. 3.18 непосредственно очевидно, что активные составляющие проводимостей генератора и нагрузки, которые «видят» перед собой усилительные приборы, соответственно равны:

8 д\ и8д 2 в отдельности. Они показывают, что вместо этих двух проводимостей можно включить одну проводимость g a во вход-

194

ную или ё д № — в выходную цепь транзистора. Следует, однако,

иметь в виду, что эти соображения справедливы при и д е а л ь ­ н о с т и трансформаторов, а чтобы можно было считать транс форматор идеальным, индуктивное сопротивление каждой из его обмоток должно быть много больше сопротивления, подклю­ чённого к этой обмотке извне. Может Оказаться с конструктив­ ной' точки зрения более выгодным не объединять gдl и ёд2, а

выбрать их так, чтобы индуктивности Lr и Ь2 оказались наи­ меньшими из возможных. Не учитывая Ьц и Ь22, напишем;

следовательно, поделив друг на друга левые и правые части

(3.221), получим

Л2— 1

ёД2 - У22

Найдём теперь коэффициент усиления по мощности, обеспе­ чиваемый ступенью изучаемого усилителя.

Если обозначить через И напряжение на входе данной сту­ пени, то для мощностей, развиваемых на входе этой и последующей ступеней, можно будет написать:

Г Л А В А Ч Е Т В Е Р Т А Я

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ И ПРИМЕРЫ РАСЧЁТА

4.1. Общие указания к расчёту многоступенных усилителей

1. Структура усилителя высокой частоты на транзисторах, как и аналогичного лампового усилителя, определяется прежде всего требованиями к избирательности и усилению.

Тип и число фильтров выбираются так, чтобы обеспечить тре­ буемую избирательность, совершенно так же, как это делается в ламповых усилителях. Чтобы уменьшить перекрёстные иска­ жения, целесообразно использовать фильтры сосредоточенной избирательности (ФСИ) в первых ступенях усилителя, обеспе­ чивая необходимое усиление при помощи соответствующего ко­ личества апериодических или широкополосных резонансных ступеней.

Число ступеней п выбирается так, чтобы усиление было не меньше требуемого (с учётом производственного и эксплуата­ ционного запаса). Точное значение усиления каждой из ступе­ ней выясняется только после её расчёта; поэтому в начале проек­

2 . Наиболее удобная характеристика усилительных способно­ стей усилителя высокой частоты на транзисторах — рабочее уси­ ление мощности Кр ус, под которым понимается отношение мощ­

ности, развиваемой на нагрузке усилителя Рн к максимальной мощности, которую способен развить генератор усиливаемых ко­ лебаний Рг

Рабочее усиление мощности, обеспечиваемое усилителем, рав­ но произведению коэффициента передачи мощности его вход-, ной цепью Кр вх и коэффициентов усиления по мощности, обес­

197

Под коэффициентом передачи мощности входной цепью уси­ лителя понимается отношение мощности, развиваемой на входе транзистора первой ступени РвхХ к максимальной мощности, ко­ торую способен развить генератор усиливаемых колебаний Р г

“ г

Под коэффициентом усиления по мощности, обеспечиваемым /-той усилительной ступенью, КР. с. i понимается отношение мощ­ ности, развиваемой на входных зажимах усилительного прибора

/1 -ой ступени Pex.i-i I. к мощности, развиваемой на входных

зажимах усилительного прибора /-той ступени Рвх. ;

ной усилительной ступенью, равен произведению коэффициента усиления по мощности, обеспечиваемого транзистором, исполь­ зуемым в этой ступени, на кпд схемы, связывающей выход это­ го транзистора со входом следующего или с нагрузкой (для по­

где Кп, Yi2, Y21, Y22 — параметры транзистора, определённые для того режима и схемы включения, в которых он работает; Уг и Ун — проводимости генератора и нагрузки, которые «видит» пе­ ред собой транзистор; минимумы модулей в знаменателе берут­ ся по частоте с учётом частотной зависимости Уи и У22, причём не обязательно, чтобы оба минимума были на одной и той же частоте. Величина Y12 Кг определяется в узкополосных усилите­ лях на частоте настройки усилителя, а в широкополосных усили­ телях (когда нельзя не считаться с частотной зависимостью) на той из частот в пределах полосы пропускания ступени, где эта величина имеет наибольшее значение. Чтобы определить Кги YH, пренебрегают обратнымисвязями через транзисторы во всех предыдущих и последующих ступенях и считают, что входные и

198

выходные проводимости этих транзисторов соответственно рав­ ны Yn и Y22, поэтому рассматриваемый коэффициент .устойчи­ вости и называется идеализированным.

4. Из общего выражения для К у, приведённого в п. 3, в не­ которых частных случаях могут быть получены более удобные выражения вида

где

(4.7)

g 22

gn, g22, g aи SHопределяют на частоте настройки усилителя, коэф­ фициент а зависит от схемы. В частности, для:

а) резонансной ступени и ступени с ФСИ, имеющим одно­ горбую характеристику входной проводимости, следующих за одиночным колебательным контуром или за ФСИ с одногорбой характеристикой выходной проводимости, а= 1 ;

б) ступеней п. «а», следующих за апериодической схемой, а =

= cos^ . 4 > где

CS = arc tg Ьг4~ Ь\\ (4.8)

* вХ. Ц

£г + gll

Ьг и gs определяют на частоте настройки усилителя, причём предполагается, что \Yex, ч| = \Уг + Кц| мало зависит от частоты;

в) ступеней п. «а», следующих за двумя взаимно-связанны­ ми контурами, и для ступени с двумя взаимно-связанными кон­ турами, следующей за одиночным резонансным контуром или за ФСИ с одногорбой характеристикой выходной проводимости, a=\jq, где

где*е — параметр связи между контурами; г) ступени с двумя взаимно-связанными контурами, следую­

щей за апериодической схемой, а = cos®ejc lq, где увх ц и q

определяют так же, как в п. «б» и «в»; д) ступени п. « г » , следующей за двумя взаимно-связанными

контурами с тем же параметром связи е, что и у контуров самой ступени, a —ljq2, где q определяется так же, как в п. «в».

199

При этом всюду предполагается, что 7ц и Y22, будучи отне­ сены к соответствующим контурам, не вносят заметных искаже­ ний в их резонансные характеристики.

5. Исходным моментом расчёта усилителя является выбор величины К у При этом нужно руководствоваться следующими соображениями:

а) Приближение Ку к единице уменьшает влияние на работу усилителя отклонений параметров транзисторов от их номиналь­ ных значений, но снижает усиление. В зависимости от требова­ ний, предъявляемых к усилителю, должен быть найден наилуч­ ший компромисс между этими тенденциями.

б) Минимальные значения Ку, при которых влияние откло­ нения параметров транзисторов от их номинальных значений на коэффициент усиления, ширину полосы пропускания, групповое время задерживания и частоту настройки усилителя оказывает­ ся ещё допустимым с точки зрения требований, предъявляемых к данному усилителю, могут быть найдены при помощи кривых рис. 1.20— 1.23, 1.27— 1.30, 1.36—1.39 или экспериментальным путём (см. пар. 1.5).

в) С уменьшением Ку фактическая форма резонансной харак­ теристики всё более отклоняется от расчётной, которую опреде­ ляли, пренебрегая обратными связями через триоды (при 712 = 0). При этом появляется и растёт асимметрия резонансной харак­ теристики, за исключением частных случаев, когда ф = 0 и ф= я, где гр = arg {Y^Yn). В некоторых случаях допустимое уменьше­ ние К у может определяться допустимой степенью указанных искажений. О степени этих искажений в резонансных усилителях

иполосовых усилителях с парами взаимно-связанных контуров можно судить по резонансным характеристикам различных уси­ лителей, приведённым в пар. 1.5.

г) В тех случаях, когда к усилителю не предъявляют жёст­ ких требований по неискажённое™ резонансной характеристики

истабильности его параметров, рекомендуется выбирать Ку в следующих пределах. Если величина ф совершенно неизвестна, то для одноступенных усилителей — К у> 0,8, а для многоступенных — Ку^> 0,9. Если |ф| лежит в пределах 120—240°, то для одноступенных усилителей — К у7> 0,7, а для многоступенных —

Ку>0,8.

д) Выбрав Ку, целесообразно ввести поправку в заданнуюполосу пропускания усилителя и в коэффициент усиления, полу­ ченный в результате расчёта. Для резонансных и полосовых уси­ лителей с парами взаимно-связанных контуров эта поправка мо­ жет быть найдена при помощи кривых рис. 1.20, 1.21, 1.27, 1.28, 1.36—1.39. При уменьшении Ку эта поправка растёт; растёт и её неопределённость из-за неточности знания величины ф. В от­ дельных случаях это тоже может ограничить выбор Ку.

200