
книги из ГПНТБ / Шапиро Д.Н. Основы теории и расчета усилителей высокой частоты на транзисторах
.pdf'Ненагруженную пару контуров можно рассматривать как симметричный пассивный четырёхполюсник, характеризующий ся ^-параметрами:
(1.124)
где
(1.125)
Из (1.124) и (1.125) ясно, что
(1.126)
Y,, А
11. ф
(1.127)
и, наконец, входное сопротивление пары контуров, нагруженной проводимостью Y н
у . |
(<»сгв)2 |
(1.128) |
|
к ' |
V I V |
||
|
Учтя, что нагрузкой пары контуров т-й ступени является входная проводимость усилительного прибора т+ 1-й ступени, и воспользовавшись (1.128), можно написать выражение для входной проводимости усилительного прибора m-й ступени
Зная Уф и Увх уп т, |
можно |
найти |
входную |
проводимость |
У’вк.т, так как, исходя из её определения, эта |
проводимость |
|||
равна |
|
|
|
(1.130) |
У, |
|
|
|
|
вх. т = у ф + у , |
|
|
||
Можно исключить из (1.129) |
|У 12У21| |
с помощью коэффициен |
||
та устойчивости K v. |
Действительно, |
согласно |
отределению |
идеализированного обобщённого коэффициента устойчивости и (1.104), в нашем случае
(1.131)
2 I Yф \2мин
7 5
откуда
| Y 12V2JI = 2 ( 1 — K y) \ Y9 iL« |
(1.132) |
Рассмотрим только относительно узкополосный усилитель, что позволит считать в пределах нескольких полос пропускания вблизи частоты настройки i'.C,e—c‘uCfe = const.
При w = о>0 = —!=-, Уф обращается в gK-f (w0CcJ 2/^> откуда
У LC
следует, что
|
8к |
|
(1.133) |
|
|
|
|
представляет собой параметр связи между контурами. |
|
||
Можно показать, |
что |
|
|
где |
I Уф \м,т= Яёк> |
(1.134) |
|
1 при а < 0,49 |
|
|
|
| |
|
|
|
Я — ] |
V 2 ( / 4 е8 + в* — Е2) |
,п |
(1.135) |
I —----1о----------------- |
при е> 0,49 . |
|
|
|
1+ в2 |
|
|
Введем величину |
1 |
|
|
|
ы (б'«+ Ссв) ■ |
|
|
|
mL„ |
(1.136) |
|
tg?K= |
|
поделим проводимости У со всеми индексами на g н, обозначим полученные величины буквою \ с соответствующими индексами и, исключив из (1.123) постоянный множитель, имеющий раз мерность напряжения, получим на основании изложенного сле дующее выражение, которое определяет интересующую нас ре-
точностью до постоянного фазо-
вого сдвига,
т = п+ 1
|
„л+1г И ^ |
|
(1.137) |
|||
|
|
т - 1 |
ех' т |
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
(1,138) |
в Х. П + i |
+ |
|
— • |
|
|
(1.139) |
ГС~ |
|
’ |
|
|
||
|
:2 |
+ |
v |
|
|
(1.140) |
|
— |
уп. п |
; |
|||
|
. |
' |
вх. |
' |
||
|
*/с |
|
|
|
|
|
вх. уп. |
|
U \ ^,2cos-ф+ i-sin “ф . |
(1.141) |
|||
|
^ у)Ч |
|
е2 |
—
76
Vex. n—1
Vex. yn. n—1
И T. Д.
|
ex. yn. /i—I’ |
(1.142) |
2(1 — K ) q,2...c°s^+isim l>... |
(1.143) |
|
У |
e2 |
|
'e x . yn. It
На |
рис. |
1.33 — 1.35 представлены амплитудные характеристи |
|||
ки |
[1/| v ! = |
/ (lg yJ] одно-, |
двух- и |
трёхступенного усилителя |
|
при |
е = |
1, |
построенные для |
четырёх |
значений К у и трёх значе |
ний |
'1). |
Как |
и в случае резонансных |
усилителей, можно считать, |
что по горизонтальной оси отложена в некотором масштабе ча стота.
При К. у = 0,68 и Ф=- 0 и при Ку = 0,52 и | Ь | = 90’ в двух и трёхступенном усилителе наступает самовозбуждение.
При я|) = 0 задолго до наступления самовозбуждения харак теристика становится двугорбой, и с уменьшением К у провал между горбами углубляется. При |ш) =90° до наступления само возбуждения характеристика также сильно искажается — по является с одной стороны большой горб; это хорошо видно на рис. 1.336.
Кривые рис. 1.36—1.39 показывают зависимость коэффициен та усиления по напряжению и полосы пропускания одноступекного и трёхступенного усилителей от величины К у- Коэффициент усиления при построении этих кривых определялся по пиковым значениям резонансных характеристик, а полоса пропускания, как и в случае резонансных усилителей, отсчитывалась на уров не 0,707 от пиковых значений.
Из рис. 1.36 и 1.38 можно заключить, что изменение коэффи циента усиления с уменьшением Ку в полосовых усилителях та кого же характера и порядка, как в резонансных усилителях Однако рис. 1.37 и 1.39 показывают, что полоса пропускания по лосовых усилителей изменяется существенно отлично от резо нансных. При |Ф | = 180о в одноступенном усилителе с уменьше нием Ку полоса пропускания не растёт, а уменьшается, а в трёх ступенном усилителе сначала уменьшается, а потом незначи
тельно возрастает. При ф = 0 |
полоса пропускания трёхступенно |
го усилителя с уменьшением |
К у расширяется. При всех значе |
ниях | ф | изменения KFyc с уменьшением К у очень незначительны. Указанные особенности поведения ДFyc объясняются тем, что с уменьшением К у изменяются одновременно как полоса про
пускания каждого из эквивалентных контуров, так и параметр связи между контурами. При этом, если полоса пропускания каждого контура уменьшается, то параметр связи увеличивает ся и наоборот, так что общая полоса пропускания пары конту ров изменяется мало и может как уменьшиться, так и возрасти.
77
1
Рис. 1.33, а, б, в. Амплитудные характеристики сук
взаимносвязанных контуров
7 9
Рис. 1.34. а, б, в. Амплитудные характеристики двух-
ступенного полосового усилителя с тремя парами взаимно-связанных контуров при а) "ф=0, б^т|)=90°,
в) ф = 180°
6—464 |
81 |
|
в)
1
Рис. 1.35а, б, в. Амплитудные характеристики трёх-
ступенного полосового усилителя с четырьмя пара ми взаимно-связанных контуров при а) г]) = 0, б) oj)=90°,
в) ф = 180°
6* |
83 |
Рис. 1.36. Зависимость коэффициента усиления по на пряжению одиоступенного полосового усилителя с двзшя парами взаимно-связанных контуров от величины К у
Рис. '1.37. Зависимость ширины полосы пропускания одноступенного полосового усилителя с двумя парами взаимно-
связанных контуров от К у
84
85
Отмеченная стабильность полосы пропускания — преимуще ство усилителя с парами взаимно-связанных контуров.
Следовательно, при расчёте исследуемых усилителей можно выбирать значения Ку такие же и даже несколько меньшие, чем при расчёте резонансных усилителей. Так, если <|> лежит во вто ром или третьем квадрантах и важно лишь обеспечить стабиль ность полосы пропускания, то можно исходить при расчёте одно-, двух- и трёхступенного усилителя из Ку >0,7.
Материалы, приведённые в настоящем параграфе, показы вают, что аналитическое исследование влияния коэффициента устойчивости на параметры усилителя даже в простейшем слу чае резонансного усилителя весьма громоздко, а для усилителя с парами взаимно-связанных контуров оно ещё труднее. Поэто му для усилителей с более сложными фильтрующими системами целесообразно прибегнуть к экспериментальному исследо ванию.
('лнако экспериментальное исследование с использованием обычных усилительных приборов — усилительных ламп, транзи сторов и др. — осложнено тем, что с изменением Ку необходимо изменять все связи, т. е. существенно переделывать эксперимен тальный усилитель. Это затруднение можно преодолеть, создав искусственный усилительный прибор, в котором можно в широ
ких пределах изменять произведение У12К21, не меняя при этом
У\1 и Y22 (рис. 1.40).
Входными и выходными зажимами являются соответственно
1 1 и 2 |
2. Если точки ах и а2 соединены с точкой бх то, пре |
небрегая |
сопротивлением разделительных и блокировочных кон- |
86
денсаторов Ср и СБ и малым антипаразитным сопротивлением R, монЛю считать в рабочей области частот:
У и ~ |
gi + £ + i<° (С\ + С) |
|
|
У i2 — |
£ |
(1.144) |
|
F2i = S — g — ii«C |
|||
|
|||
F 22 = §2 Т £ + 1“ (С2 + Q |
|
где S — крутизна характеристики Л\ и предполагается, что в С, Сх и С2 включены междуэлектродные ёмкости и ёмкости мон тажа.
Тщательным экранированием ёмкость монтажа между сет кой и анодом Л\ можно практически полностью устранить, атак как проходная ёмкость пентода не превышает сотых долей пи кофарады, то при С > 1 пф можно считать с погрешностью, не превышающей одного процента, что эта ёмкость равна ёмкости соответствующего конденсатора.
Нетрудно обеспечить S > | £ + |
1шС|, |
и тогда можно |
написать |
F 13F 21 = - 5 |
( g + |
шС). |
(1.145) |
Впаивая в схему конденсаторы и сопротивления с нужными значениями С и g, можно изменять Н12К21 по модулю и аргу менту.
Коэффициент уси юния ступени с глубокой противосвязью, смонтированной на лампе Л г, равен Г, и ступень служит лишь для поворота на Ш ° фазы выходного напряжения. Этот поворот рас ширяет пределы возможного изменения ф. Если, как предпола
галось ранее, точки ах и а2 соединены с точкой |
бь |
то ф можно |
||||||||||
изменять в пределах |
от |
180° (С = |
0) |
д о — 90 (g = 0 ); соединив |
||||||||
а2— б,, |
а, —б2, можно изменять |
ф |
в |
пределах |
от |
180° (С = |
0), |
|||||
до 4- 90° (g = 0); |
при соединении |
ах —б2, |
а2— б2 ф |
будет |
изме |
|||||||
няться |
от 0° (С = 0) |
до + |
90 (£ = 0 ); |
наконец, |
при |
соединении |
||||||
а1— б1, |
а2— б2 |
пределы |
возможного изменения |
ф |
— 0° (С = |
0) |
||||||
и — 90° |
{g — 0). |
|
|
|
|
|
F 12F 21 проводимости |
Y n |
и |
|||
Для |
того, чтобы при изменениях |
|||||||||||
К22 оставались постоянными, надо одновременно с |
С и g |
изме |
||||||||||
нять g v |
Cj и g2, С2 так, чтобы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
£п = £i + |
g = |
const |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Cn = С, + |
С = const |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
£22 = |
£ 2 + £ = const |
• |
|
|
(1.146) |
||||
|
|
|
С22 = C2 + |
С = c onst |
|
|
|
|
|
Если «1 и а2 подключены к б2, то знаки С и £ в (1.146) нужно изменить на обратные.
87
Г Л А В А В Т О Р А Я
АНАЛИЗ РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ
СИДЕАЛЬНЫМИ ТРАНСФОРМАТОРАМИ
2.1.Усиление ненейтрализованного резонансного усилителя
Коэффициенты А х и А 2, введённые в пар. 1.3,' характери зуют связь усилительного прибора с предшествующим и после дующим контурами (в общем случае — фильтрами): увеличе ние А означает ослабление связи и наоборот; А = 1 означает со гласование.
Из (1.99) следует, что при проектировании резонансного уси лителя для обеспечения заданного коэффициента устойчивости К у значения A t и Л2 нужно выбрать гак, чтобы в каждой ступени
выполнялось равенство |
|
|
(1 + Ац) (1 + АЯ1) = М, |
|
(2.1) |
где |
|
|
М = — Lj^H-1-------- |
. |
(2.2) |
Z g u g n (1 — К у) |
|
|
обобщённый параметр, определяющий допустимую степень свя зи усилительного прибора одновременно как с входным, так и с выходным фильтром при заданном коэффициенте устойчиво сти.
Величина М определяется только параметрами усилительного прибора и заданным Ку. В табл. 2,1 приведены значения М для транзисторов трёх типов на разных частотах при включении с общим эмиттером и Ку = 0,8. Эти значения найдены исходя из У-параметров, данных в приложении 1.
Табл. 2.1 показывает, что на частотах, являющихся для дан ного транзистора относительнонизкими ( / <£ / ) , М достигает
больших значений, а следовательно, связи триода с контурами для обеспечения устойчивости должны быть очень слабыми (А » 1). С повышением частоты М в общем довольно быстро уменьшается, следовательно, уменьшается влияние внутренней обратной связи. Последнее на первый взгляд неправдоподобно, так как принято считать, что в ламповых усилителях влияние обратной связи через ёмкость Сса с повышением частоты всегда усиливается. В действительности подобное усиление будет лишь на тех частотах, где активные составляющие входной и выход-
88