Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
46
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
10.08 Mб
Скачать

Следовало бы

поставить (П.2,7) в (П2.8), взять производную

получен­

ного выражения по xt и приравнять её нулю. Но из-за сложности

(П2.7) та­

кое решение задачи неприемлемо. Поэтому поступаем иначе.

 

Выражаем хх

последовательно через y lt х г, г/2 и т. д., а уп

через хп,

У п-1 ’ хп—1 и т- д-

Это даёт

 

(П2.9)

 

м

 

 

 

 

 

м ( в

-

Ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уп- 1 )

 

 

При нечётном п получим в результате

 

 

 

 

 

 

 

 

Tf =

/ ( хп +1) /

( Уп +l)

 

 

 

(П2.10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

а при чётном п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l= V ( y jL)'f{Xn±l)-

 

 

 

(П2.11)

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

Учтя (П2.5), перепишем (П2.10)

в виде

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

'(тст)

 

 

(П2.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

и возьмём производную

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d 1

- = Г

 

/

М

 

\

.

.

/ м

\

м

(*„.и) / ( - —

) -

/ ( W

 

V *л+1 /

юг-1 1

dx

1

~~~

> *л+1

'

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(П2.13)

Независимо от вида функции f найденная

производная

обращается в

нуль при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хп+1- опт

Y №.

 

 

 

(П2.14)

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

при нечётном

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

макс — f

№)•

 

 

 

(П2.15)

16— 4 6 4

241

П р и

чётном

п

п олуч и м

соотв етств ен н о

 

 

 

 

 

 

 

7 = ? ( У п )

<?

I

 

 

1

 

 

 

(П 2 .1 6 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

В -

Уп_

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dl

= ?' (Уп) ?

1

 

 

 

-Ч(Уп)’?'

( -

1

х

йУ±

 

2

I В

 

 

 

 

2

 

j

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

^_п_

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

1

 

 

 

 

(П2.17)

 

 

 

 

 

 

 

 

I)2 ’

 

 

 

 

 

 

 

( Д - ^ -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уп

 

 

 

2

 

 

 

 

(П2.18)

 

 

 

 

 

 

=-Т"

 

 

 

 

 

 

 

—опт

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7Жаке — ?

В

 

 

 

(П2.19)

 

 

 

 

 

 

 

 

Строго говоря,

следовало бы проверить,

определяют ли

(П2.14) и (П2.18)

максимумы или минимумы у и нет ли других экстремальных значений. Одна­

ко сделать это в общем случае сложно,

а в частных случаях п = 2 и п = 3 про­

верка подтверждает (П2.15) и (П2.19)

и не даёт других максимумов и мини­

мумов. Основываясь на этом и на физическом смысле задачи,

можно принять

(П2.15) и (П2.19) справедливыми для всех нечётных

и чётных п соответ­

ственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

найти

Воспользовавшись (П2.14), (П2Л5), (П2.18) и (П2.19), нетрудно

оптимальные значения х г

и y t для любого числа ступеней п

и соответствую­

щие максимальные значения К р- ус. Так,

для л = 1:

 

 

 

 

 

 

хопт=

Уопт =

У М,

 

 

(П2.20)

Кр.ус.мЛ

^

2 ( 1 — A-v)

1

Д Fк.кр

 

 

(П2.21)

k F

Ум

 

 

 

 

 

 

 

для л=2:

 

 

 

 

 

М В

 

 

 

 

 

 

х1 .опт~‘ У2 .опт

 

 

 

 

 

 

2

 

 

(П2.22)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X,2.опт

Vl.onm

g

 

 

 

'р.ус.м. 2 '

Ум

2(1— Kv)

1 ■

 

д F,к.кр

 

 

 

 

Д77

 

 

 

 

Уи

 

 

 

 

 

M l

Д F

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(П 2 .2 3 )

24 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д л я п — 3:

х 1.опт =

У з .о п т ^ М В ^

х 2.впт = Уз.опт ~ V М

хЪ.опт

У\ .опт

 

 

В

К

- 4 Г | ^ - 2(1 — /Гу)

Кр.ус.м.З

* U

 

Д F к.кр

М

Д F

для л=4:

У М

1

1

Ум

A F,к.кр

Д F

■Ум

Ч.ошп

Уъ.опт ^ В

d

 

М В

 

х2.опт

Уз.опт'

 

х3.опт

У2.опт

 

х4.опт

У\.опт

 

 

В

М В

 

 

^р.^.дс.4 = 4 [|

| 2 (1 — /су)]

M l 1 —

Д F,к.ср

&F

и т. д.

Если принять (2.31), то независимо от л:

М_ Уп- Ч

A F,к.кр

Д F

LF,к.ср

Д F

х опт Уопт У М ,

что можно записать также в виде (2.32).

(П 2 .2 4 )

(П2.25)

(П226)

(П2.27)

(П£28)

(П2.29)

16*

243

П ри эт и х у сл о в и я х (2 .2 2 ) м о ж н о за п и са ть так :

Кр.ус.м.п '

Д F..

 

2(1 - К у )

(П 2 .3 0 )

 

A F

У м )

Пусть л =2, связи

выбраны согласно (П2.22) и все

контуры усилителя

имеют одинаковую наименьшую конструктивно выполнимую собственную по­

лосу пропускания ДF к

MUKt так что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д Fк . с р

= 1.

д F.к.кр

: Д = 1

Д F ,

(П2.31)

 

 

 

 

Д F

 

Д F

Д Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воспользовавшись

(2.1)

и

(П2.31)

можно

переписать (П2.23)

для

п = 2

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Ги I2 - _1_

 

 

2

 

(П2.32)

 

 

 

 

Кр.ус.м . 2

^

£ 1 1 8 2 2

. АН

 

 

M L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

усилителя с

одинаковыми связями

в

обеих

ступенях

перепишем

(П2.30)

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кп

 

.2 =

4

. 8 1 1 8 2 2 .

 

 

 

 

(П2.33)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

причём

в

этом

усилителе

в

общем

случае

Д F

к.кр

= Д F

i Д Р

к.ср

 

 

 

 

v

 

 

 

 

*'

 

 

к.мин

'

 

Согласно (П2.32) и (П2.33) К р ус м_2 и /Ср

л 2—функции М, т. е. выбран­

ного

нами

К у

(параметры

усилительных приборов считаем заданными). На

рис.

П2.1

показан характер

этих функций.

Кр ус м 2 имеет максимум при

 

 

 

 

 

М о п т

 

 

 

2

 

2

(П2.34)

 

 

 

 

 

 

 

д F .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д F

Рис. П.2.1. Зависимости

К р, ус.м. 2 и

К р ус.м. 2 от

М

24 4

что со о т в етств у ет

 

 

 

к

 

_ . _

I ^ 1 2 ^ 2 1|

/ . _ ^ F к. мин V

 

 

(П 2 .3 5 )

 

 

 

Ку.опт

8 g n g ^

'I

-

д F

 

 

 

 

 

С точки зрения

усиления

нецелесообразно

делать

К.у <7Су

опт, Даже

если это допустимо по соображениям устойчивости.

 

 

 

 

 

 

 

Часть

кривой

Кр ус м.2>лежащая левее

М опт,

нереализуема

и

поэтому

показана

пунктиром.

Действительно, из (2.27) с

учётом (2.30) следует, что

для

выполнения (П2.20) необходимо иметь в усилителе,

построенном

соглас­

но (2.31), средние контуры (от

второго

до

п— 1-го)

с

собственной

полосой

пропускания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д .Fк.ср = Д F !I

 

 

 

 

 

 

 

 

(П2.36)

что при М <

 

j

приводит с учётом (П2.7)

к Д FKcp < Д FKKp =

Д Fк , а

это невозможно, так как по нашему предположению,

Д FK ман — наименьшая

конструктивно выполнимая собственная полоса пропускания контура.

 

 

Следовательно, нас могут

интересовать

лишь

значения

М > М опт. По­

этому положим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М =

 

 

 

 

 

 

 

 

(П2.37)

где

о > 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введя (П2.37)

в (П2.32) и (П2.33), получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кр.ус.м.2

 

1

 

 

 

 

 

 

(П2.38)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ р.ус.м. 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2/&~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимальное значение последнего

выражения

в области

6> 1 достигает-

ся

при 6 =

2

=

\2

1,36. Это и

есть

искомая нами максимальная

 

и равно

 

 

 

2— У 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

потеря в усилении в случае я =2.

 

 

 

что в случае п = 3 и п = 4

 

Аналогичными рассуждениями можно показать,

максимальная потеря в усилении из-за одинаковых связей усилительных при­ боров с контурами в разных ступенях составляет,, соответственно, 1,56 и 1,61.

На основании изложенного можно считать, что выполнение (П2.20) во всех ступенях усилйтеля позволяет получить рабочее усиление мощности, почти совпадающее с наибольшим теоретически возможным при данном коэф­

фициенте устойчивости. Хотя анализ был проведён лишь для п <

4, этот вы­

вод может быть распространён на случай любого п.

 

Выясним, насколько мы потеряем в усилении по сравнению

с Кр ,ус.м.п,

если при одинаковых связях во всех ступенях не выполним (П2.29).

Введём обозначение

 

х = £х0

(П2.39)

245

воспользовавшись (2.22) с учётом (П2.1) и (П2.2) для случая

иучтя (П2.4), получим интересующую нас потерю в усилении

к(2 у Т -~ Л (2 1/8-6)

« ' р у е . » . п ~

(2 у!Г l)2

Можно решить (П2.40) относительно

ei.2 = D ± / £ ,i- 1>

D 4 8 + 1 - р ( 2 у Т - 1 ) 2

4 / S -

хФ хопт

(П2.40)

(П2.41)

(П2.42)

Из (П2.41) видно, что

£j,

$2 =

1, как и следовало ожидать.

Зависимость ^ от 8

для

р =

0,8 и 0,5 представлена графически на

П РИ ЛО Ж ЕН ИЕ 3

РАЗЛИЧИЕ МЕЖДУ ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫМИ ЗНАЧЕНИЯМИ ВХОДНОЙ И ВЫХОДНОЙ ПРОВОДИМОСТИ Ygxynpe3 И Увых уп реа

ИПРОВОДИМОСТЯМИ Уп И к 22

Водноступенном усилителе рис. П3.1 в соответствии с (1.64)

,го'11

 

Рис.

П3.1. Блок-схема одноступенного уси­

 

 

 

 

 

 

лителя

 

 

 

 

 

 

 

При помощи (1.99)

можно преобразовать (П3.1) в

 

 

 

 

 

 

S ex.yn =

S n l 1 + 2 ( 1 - * , ) * ( + .

?2)(1 +

А,)}.

 

 

(П3.2)

Так

как схема симметрична,

можно написать без

 

вывода

по

аналогии

с (П3.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ёвых.уп = S22 [1 + 2 ( 1 -

к у) *(Ф,

9г) (1 +

 

А 2)].

 

 

(ПЗ.З)

Если входная и выходная цепи усилителя оказываются одновременно

настроенными в резонанс с учётом обратной связи, то ф, = ф2

(см. пар. 1.3).

Поэтому,

опуская индексы, можем ввести обозначение

 

 

 

 

 

 

 

2(1 -

К у) х (<]>,<?) =

а

 

 

 

 

 

(П3.4)

и переписать (П3.2) и

(ПЗ.З) для частоты настройки усилителя

(резонансной

частоты)

в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Евх.уп.рез =

£ и [1 + а О +

А])]

|

 

 

 

 

 

 

^ в ы . ч . у л . р е з

=

 

[ 1

+

а

( 1

+

Л ) ) J

Для

реактивных составляющих Увх.уп и ^ еых. уп

воспользовавшись

(1.65)

после преобразований, аналогичных выполненным выше, получим:

 

 

 

6ex.j/n.pe3 =

&H +

g « 6 ( l +

Ах)

1

 

 

 

 

(П3.6)

 

Ьвых.уп.рез =

* 2 2 + ёггб (1 + Л2)|

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

б = 2(1- Ку)уЦ,

?).

 

 

 

 

 

(П3.7)

 

 

 

 

 

 

 

247

_Коэффициенты а и б — функции только <Ь и 7fv и не зависят от Кг и Y н.

Действительно, с учётом (1.99) при <рх = ^ = <р, можно получить из (1.91).

tg3 ? + tg ? [1 + 2 (1 — 7Cy)-cos ф] — 2(1 — /Су)-sin ^ =

О,

Г(П3.8)

откуда видно, что <р зависит от ф

и

К г Из (П3.4)

и (П3.7) ясно,

что это

утверждение справедливо и по отношению к а и б.

'

 

(П3.8),

На рис. 2.4 даны графики а(ф)

и

б(ф>),

построенные при помощи

(П3.4) и (П3.7) для четырёх значений ЛТу-

 

 

 

 

В схеме рис. 1.17 при настройке

усилителя на

данную частоту

условия

(1.90), очевидно, тоже выполняются,

если

только заменить Ьг,

Ьн,

Л, и А 2

величинами Ъгрез, Ьнрез и

 

 

 

 

 

 

 

 

=>г.рез

 

 

 

 

^1.рез ~

gu

 

 

 

 

(П3.9)

SH.рез

А 2.рез —

§ 2 2

где индексами рез помечены действительные значения соответствующих вели­

чин на частоте настройки. Поэтому можно распространить

(П3 5)

и (П3.6) на

любую ступень /г-ступенного

усилителя,

заменив в

них А х и Л2

величинами

^\.рез и д г.рез• При определении а и б

надо

в этом

случае

тоже исходить

не из Л'у, а из величины, определённой при

помощи

(1.99)

с

заменой

А х и

А 2 величинами А х рез

и А 2рез. Назовём эту величину

К

рез.

 

 

 

Связь между А х,

А-2, Ку

и А { рез,

А 2рез,

К у рез

в

общем

случае

очень

сложна; ограничимся исследованием её

в

случае п =

оо в ступенях, беско­

нечно удалённых от начала усилителя.

У

всех этих

ступеней

одинаковы как

Увх.уп>так и Увых.уп’ поэтому анализ

существенно упрощается. Так как раз­

ница между Увх.уП'Рез, Увых.уП.рез и к п-

 

в этих

ступенях

при

прочих

равных условиях должна быть наибольшей, то такое ограничение можно считать оправданным.

Из рис. 1.17 следует, что активная составляющая действительной прово­ димости генератора, который «видит» перед собой любой из усилительных приборов, может быть найдена как

@ г . Д

2

§ в ы х . у п п 2 )

 

п 1

 

~

(§4- § 2 2 4) + ( - ^ У Д §вых.уп-

(ПЗ. Ю)

Но

 

 

 

 

 

 

~ir(§-i-§22-nl) =

§ ’ = § и А1>

(П3.11)

 

ПТ

 

 

 

 

гДе § г— величина, найденная в предположении, что Уi2= 0.

определить

Воспользовавшись

(П3.10),

(ПЗ. 11),

вторым (П3.5) (чтобы

д §вых. уп. рез) и Учтя, что

 

 

 

 

 

«2

2

gu (1 + Hi)

(ПЗ. 12)

 

 

 

ПХ

 

§22 (1

+ Н 2)

 

 

 

2 4 8

 

 

 

 

 

(последнее легко получить из

(2.16)

и

(2.17), решив их

 

2

относительно §22п2

и gn п\ и

поделив полученные выражения друг на друга),

получим

 

§11 + § г . рез = g u O

+

^ i ) +

^

 

1 + Л 1 )

 

ёгга

А 2. рез)

 

 

 

=

gll (! +

(

 

 

а

1

А 2. рез

\

 

 

(П3.13)

 

 

А) И +

 

1

|_

 

 

J '

 

 

По аналогии, без

вывода

напишем также

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

/

 

 

 

1

+

А 1. рез \

(П3.14)

 

§ 2 2 " f § к . р е З = § 2 2 ( Н “ А Н 1 + “

 

1 + Л 1

/ •

 

Теперь, воспользовавшись (П3.13) и (П3.14), напишем:

 

 

ёи А &г. рез

1 А

А. рез = (1

A

 

 

1 А а ■

х > •fA2. рез

 

 

=

Ai)

1

Аг Л2

(П3.15)

ёи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 А А. рез

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§22 А

ён. рез

 

 

А. рез = ОА

А)

1 S - a

 

 

 

=

1

А

 

1 А

Ал

 

§ 2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+

А . рез _

 

 

 

* ~ г А 2. рез

 

 

 

 

 

 

 

1 + Ах

 

 

 

 

 

1 + А

 

 

»

 

(П3.16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

+

А

.рез

,

 

1

+

 

А .рез

 

 

 

 

 

 

 

Н - Л 2

~ 1 + а

 

1 + Ах

 

 

 

 

 

Из (П3.16) следует

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

А

А . рез

^ А

А д рез

 

 

1

 

 

(П3.17)

 

 

 

1

*4“ Л±

 

 

1

“I-

Л2

 

 

1

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив (П3.17)

в (П3.13) и (П3.14),

получим:

 

 

 

 

 

ё и

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

ёг. рез =

ёи

(1 А

A )

j

_

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(П3.18)

 

 

 

§22 А

8Н. рез =

§22 (1

А

А )

,

_

 

 

 

 

Наконец, найдём интересующую нас величин^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\Ya Yn \

 

 

 

 

 

 

 

К У. рез

^

 

^ (§11 Л-

ёг. рез) (§224 “

ён. рез)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

... ■" 'а Га!----------

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2§11 §22 (1 +

Л1) (1 +

Л2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1 -

(1 -

Ку) (1 -

а)2-

 

 

 

(П3.19)

Так как а — сложная функция

К у р е з ,

то

решить (П3.19) можно только

методом

последовательного

приближения,

имея

при

этом в виду,

что при

К у , близких к единице, К у ^р ез ~

К у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24 9

П Р И Л О Ж Е Н И Е 4

ВЫВОД ПАРАМЕТРА D ДЛЯ РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ОРГАНА НАСТРОЙКИ

Представим входную и выходную цепи схемы рис. 3.3а в виде рис. П4.1,

где

Y

' =

g ' +

i b ’ :

u12 гв u2l ce

(П4.1)

‘ *22 ее 4" S k

 

 

 

 

 

Y "

=

g " 4-

i b" =

bl2 ce ^ 2 1 ce

(П4.2)

i * 1 1 ca 4- ge

 

 

 

 

 

 

 

*22ce = * 2 2 ce 4* *.

(П4.3)

 

 

*11ce = *11ce 4- *e-

(3.19)

h

l1

V"

\h zc B

\9k

°«CB

Г

Рис, П4.1. Вариант представления входной и вы­ ходной цепей схемы рис. 3.3а

Введём обозначения:

" и се

= tg f i,

ge

*22 се

= tg <p2-

g K

Тогда, с учётом (3.13):

g ” = g e-P2-sin2<p1(

b" — bПсе P2’sin2?i.

-'ll ce

sin2tf2>

= g KPl

u22 ce

 

*11 f

Sinsi 2<p2.

*' = ~*22 ceP2

\ *22ce

j

(П4.4)

(П4.5)

(П4.6) (П4.7)

(П4.8)

(П4.9)

250

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ