Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.10.2023

Размер:

10.08 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 289 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

				Т а б л и ц а 2 1
	П14	П402		П411А
f, Мгц	М	/, Мгц	М	/, Мгц	М
0,15	90	0,5	370	20	67
0,3	60	1,5	580	50	43
0,45	32	5,0	265	70	27
1,0	12	10,0	56	100	9
2,0	4	15,0	23

ной проводимостей лампы практически не зависят от частоты. Это вполне согласуется с результатами, которые даёт (2.2): так как Y2\~ S = const, а | Yi2\ = а С со,то М растёт на этих частотах пропорционально /. На относительно низких частотах можно обнаружить усиление внутренней обратной связи с повышением

частоты	также и у транзисторов (для	П402 при /<1,5 Мгц).
Однако	для них характерна работа (в усилителях высокой ча
стоты)	в области частот, где активные	составляющие входной

и выходной проводимостей быстро растут с частотой (почти про порционально /), что для усилительной лампы соответствует диапазону увч и свч. А в этом диапазоне влияние обратной свя зи через С са зависит от частоты иначе. Действительно, с повы шением частоты 1IGexGe4X лампы уменьшается здесь, как 1//* [Л2, стр. 390]. При S = const это ведёт к такому же уменьшению наибольшего коэффициента усиления по мощности, а проводи мость ёмкости Сса растёт, только как /. Поэтому роль внутрен ней обратной связи в ламповом усилителе в этом диапазоне ча стот уменьшается с частотой ещё скорее (М убывает как I//3), чем в усилителе на транзисторах согласно табл. 2.1. Выражение (2.1) получено единственно для обеспечения устойчивости; оно оставляет значительную свободу выбора связей: молено увели чивать А | (ослаблять связь с входным контуром), уменьшая Л2 (усиливая связь с выходным контуром), и наоборот. Однако не которые другие соображения ограничивают эту свободу. В пер вую очередь — это стремление получить наибольшее усиление..

Выясним, как выбрать коэффициенты А\ и А2 в п-ступеином резонансном усилителе с одинаковыми /<у во всех ступенях так, чтобы получить на частоте настройки наибольшее рабочее уси ление мощности.

Под рабочим усилением мощности мы понимаем

где Рн — мощность в нагрузке; Р г— наибольшая мощность, ко торую способен отдать генератор усиливаемых колебаний.

С энергетической точки зрения рабочее усиление мощности является наилучшей характеристикой усилителя, так как учиты вает не только его усилительные способности, но также согласо-. вание его входа с генератором и кпд входной цепи.

Прежде всего найдём, как выражается К ус через парамет ры усилительных приборов гг контуров, и через значения. А х и А% отдельных ступеней. При этом, чтобы упростить анализ и выя вить в первую очередь основные закономерности, предположим, как это было сделано в пар. 1.5, что связь усилительных приборов с контурами осуществляется при помощи идеальных трансфор маторов, а каждый из контуров представляет собой параллель

ное

соединение L h С,-

и частотнонезависимой

проводимости g t

(рис. 1.17) ').

обеспечив

выполнение

(2.1),

будем

считать во

Кроме того,

всех ступенях К12 = 0,

а следовательно, Ygx

уп = Уц

и Yдых

уп =

= К22. Как было показано в пар.

1.5, при значениях Ку, достаточ

но

близких к

единице,

такое

допущение

вполне

возможно 2)*.

Наконец, имея в виду,

что нас

интересуют, в первую очередь,

усилители на плоскостных транзисторах,

будем считать gu > 0

Мл2 > 0.

что

Очевидно,

i = n

К Р. ус = К р . Л

(Кр. у„.

/ V i)>

(2-4)

t-1

где Кр вх = Рех 1/Рг — коэффициент передачи

мощности

входной

цепью, т. е.

первым

контуром

усилителя;

Рдх

— мощность

на

входе первого

усилительного

прибора

(УП); Кр уп

— коэффи

циент усиления по мощности,

обеспечиваемый t -ым усилитель

ным прибором;

t\Ki — коэффициент

полезного

действия

контура

Кой ступени.

К р

дх, К р

уп г и т\к1.

Найдём порознь значения

На рис. 2.1 представлен первый контур с учётом элементов,

вносимых в него со стороны

генератора

(1г, g'a и b'e)

и входа

первого усилительного

прибора

(gun9 и Ьи п9). Рвх!

будет иметь

наибольшее

значение

при настройке, т.

е.

при

iЬг-\~ 1ч)С -]— ;—-— 1-i b u n \ = 0 .

Ч Исследование усилителей

реальными

контурами

связями

прово

дится в следующей главе.

2) Всё

же,

учитывая, что действительные значения

и V

„п

гут

иногда

представить

известный

ел:, уп п ' вых уп

и '

интерес, мы в конце

настоящего

пара

графа вернёмся к ним.

Нетрудно показать, что при этом

4йгдпЧ|

(2.5)

где

8ъ = §г + S + 8л !«?•

(2. 6)

^ О 0 0 0

9пп1

Рис. 2.1. Первый контур усилителя рис. 1 17 с учётом проводимостей, вносимых в него со сто роны генератора и входа первого усилительно го прибора

Так как контур со входом усилительного прибора связывает идеальный трансформатор, можно написать для <4, первой ступени

А11 —	8г + 8	(2.7)

йГп"?

Из (2.6) и (2.7) нетрудно получить:

		в*	(2.8)
	( + 71ц		(2.8)
	( + 71ц
ё г — ,	1+ А\	■8-	(2.9)
	1+ А\

Подставив (2.8) и (2.9) в (2.5) и учтя, что

_£	ДF .
	(2. 10)
	ДF„

где \F K дх—собственная полоса пропускания входного контура,

AFBX— полоса пропускания входной цепи, получим

К	= 4 -----	i----	1+ Л,	(2. 11)
	1+	Лп	1+ Л,	дF„

Обращает на себя внимание, что в ,(2.11) не входит в явном виде какой-либо параметр, характеризующий связь первого кон тура с генератором. Однако эта связь есть в рассматриваемом


выражении в скрытом				виде.	Так,	если	надо обеспечить ДFex =
= ДF	, где	AF	— заданная полоса				пропускания	входной
цепи,	причём	AF	приближается			к ДFK вх, то связь с генера
тором должна уменьшаться; именно поэтому уменьшается К									вх.
_		&F			д	связь с генератором,		а с нею
При равенстве ----- :-----= — — —
и Кр		&Ftx		(1 - М п )		как	при связи, отличной		от
	ех, обращается		в	нуль,	так

нуля, мы получим полосу пропускания входной цепи, превышаю щую заданную.

Следует также напомнить, что (2.10) является строгим, если

проводимости Ье	и Ьц могут быть представлены каждая		в виде
(оС и л и -----или параллельного соединения соС и ---------- ,			причём
to L	и	toL	случае
L, С, а также g		частотнонезависимы. В противном

резонансная характеристика входной цепи не совпадает с харак теристикой идеального одиночного колебательного контура, и использование (2.10) вносит в анализ погрешность, возрастаю щую с ростом AFex. Однако попытка учесть указанное расхож дение характеристик чрезвычайно усложняет анализ. С другой стороны, рассматривать колебательный контур с учётом реакции связанных с ним апериодических цепей или цепей, собственная частота которых лежит за пределами интересующего нас диа пазона, как «эквивалентный колебательный контур» с постоян ными параметрами — приём, хорошо зарекомендовавший себя на практике и широко используемый в радиотехнике. Поэтому мы и здесь пользуемся этим приёмом. Из всего дальнейшего бу дет ясно, что в изучаемых нами усилителях это не приводит к большим ошибкам, чем в других случаях.

Для определения Л г исходим из следующих соображе ний.

Мощность, развиваемая на входе г-ro усилительного прибо

ра, может быть найдена как		hi
	P , , i =		gn.	(2. 12)
где / 2i и		Уг1 + YП
	Y г1— параметры	генератора,	который	«видит» перед
собой этот	прибор.

Мощность, развиваемая этим прибором на нагрузке, кото рую он «видит» перед собой со стороны выходных зажимов, оп

ределяется выражением	I	hiYn I2
Рн1 =			(2.13)
	I Y tl +	\|» \| Уи + Y Hi [2
где YHi и ghl — параметры этой		нагрузки.

Так как на частоте настройки:

^г/+ Y п — 8 п .(1 + А;)>

^ 2 2 + У „I = <§22 (1 + ^ 2;)>

то, учтя (1.99), без труда получим из (2.12) и (2.13)

/ср. уп. i	У 21	2(1	Ку) (1 + Аи) —	(2.14)
	У 12		1	~г AZi

Рис 2.2: Контур й ступени усилителя рис. 1.17 с учётом проводимостей, вносимых в контур со стороны усилительных приборов

Чтобы найти yjKl, обратимся к рис.

что

giA.l-H

AKi =

§11nf.U 1+ gi

и в силу идеальности трансформаторов:

	Ап —	g iA . i ч + g i
	Ап —	2
		g a n2i
	Аl.i+1	giA.i + gi
	Аl.i+1	g lA l. i + l
		g lA l. i + l

2.2, из которого видно,

(2.15)

(2.16)

(2.17)

При помощи (2.16) и (2.17)		можно	преобразовать (2.15) в
Ак’	1	1 + Аи	(2.18)
	Ац	l +


Найденное таким образом значение кпд пригодно для кон
туров всех ступеней, кроме последней.			В контуре последней п-й

ступени роль g n/r\ (+\|будет играть	проводимость g'H, внесённая
со стороны нагрузки, и мы получим	;

		о		(2.19)
-		.		(2.19)
		- н + Нп
.		+ 8п		(2.20)
		8ып?п		(2.20)
		8ып?п
Соображения, аналогичные изложенным при выводе (2.11),
позволяют получить из (2.19)	с учётом (2.20)
' + А2п I		А%п _______ КП		( 2. 21>
A‘in	\	' + А2п	&Fп	( 2. 21>
A‘in	\	' + А2п	&Fп
где AFK,t— собственная полоса		пропускания последнего		контура,
a AFn— полоса пропускания n-й ступени.
Связь последнего контура		с нагрузкой присутствует		в (2.21)

в скрытом виде, аналогично связи генератора с первым конту ром в (2.11).

Воспользовавшись (2.11), (2.14), (2.18) и (2.21), нетрудна получить из (2.4)

К	= 4 Ул 2(1 - К у)	П	^11	A F ,	X
				ДF„
	Yu		1+
	А%Г____ Д^/gi				(2.22)
	1 + A ‘in		ЬРп

Это и есть искомое нами выражение К ус,				определённое че

рез параметры усилительных приборов и схемы. Дальше нужно

определить условия	максимума этой величины	как функции А п
и А2п.-
Чтобы отыскать	эти условия, необходимо установить связь
между последними	двумя величинами. Она	обусловливается

тем, что в каждой ступени усилителя А и и A2i должны удовлет ворять (2.1), а А2! и Л,;+, любых смежных ступеней должны

быть взаимно связаны через собственную полосу пропускания

контура г-той ступени ДFKi		и полосу пропускания всей этой сту
пени	Д/> Действительно,	прибавив к левым и правым частям
(2.16)	и (2.17) по единице и взяв обратные величины, получим:
	2
	Ё22п21		1+ А 2	(2.23),
	8Si

	8ппЪ ___		1	(2.24),
	ёи		! + \ м

где

8 Ы= 8*2nh + 8t + Surfr

(2 - 2 5 >

Сложив правые и левые части (2.23) и (2.24), учтя (2.25) и

(2.26)

получим

■ 4-

1 + A2i

1 +

bFKt	(2.27)
IF;

Чтобы упростить задачу, вполне допустимо предположить, что собственные полосы пропускания первого и последнего (крайних) контуров одинаковы, т. е.

W K' ' X= & F KM= b F K' Kp,

(2.28)

что полосы пропускания всех остальных (срединных) контуров тоже одинаковы, но-в общем случае не совпадают с AFK , т. е.

AF* = Л ^ 2 = • • = Д ^ .л_ ,= ср Ф AFK кр (2.29)

и что входная цепь и все ступени усилителя имеют одинаковые полосы пропускания, т. е.

		ДF,x = A f ! = . : . =		=	&F,	(2.30)
причём	необходимо		обеспечить &F — AF3,		где	AF3— заданная
полоса	пропускания.
Анализ, выполненный при этих				упрощениях		(см. приложе
н и е ^ ), показывает,			что для получения наибольшего рабочего
усиления		мощности	целесообразно	применять		в резонансном
усилителе,		независимо от п, все колебательные				контуры с воз

можно меньшими собственными полосами пропускания (возмож но большими добротностями), а связи усилительных приборов с контурами в разных ступенях усилителя должны быть суще ственно неодинаковыми.

Делать неодинаковые связи практически очень неудобно; по этому важно выяснить, насколько мы потеряем в усилении, сде лав связи во всех ступенях одинаковыми; т. е. приняв

9 5

' Соответствующий анализ тоже дан в приложении 2. Он пока зывает, что если связи одинаковы, то максимальное значение Кр цс , независимо от п, получается при

Ах = А2= У М ~ \ ,

(2.32)

а наибольшая потеря в усилении вследствие отказа от приме нения неодинаковых связей составляет для двух-, трёх- и четырёхступенных усилителей соответственно 1,36, 1,56 и 1,61 раза. Незначительность этой потери говорит о том, что делать неоди наковые связи, если только это не диктуется какими-либо дру гими соображениями, кроме повышения усиления, не имеет смысла.

Для п= 1 выражение (2.32) является строгим условием по лучения максимального усиления.

Очень существенно, что при одинаковых связях во всех сту пенях для реализации наибольшего усиления только собствен ные полосы пропускания двух крайних контуров должны быть возможно меньшими, полосы же пропускания всех срединных контуров должны иметь вполне определённое значение, кото рое легко определяется из (2.27)

(2.33)

где ДF = AF3.

Конечно ДFK ср не может быть меньше наименьшей конструк


тивно выполнимой		полосы пропускания		контура ДFK мин, и это
должно наложить		известные	ограничения на выбор Ах и Д2.
К этому вопросу мы вернёмся			несколько	ниже. Если же (2.33)
приводит к	ср > ДFK, -то срединные			контуры должны быть

специально демпфированы.

Сказанное выше интересно и само по себе, но ещё важнее практический вывод, который можно сделать на этом основании. Обратившись к (2.27), видим, что, изменяя в ту или иную сто


рону А 2/ и (или)	AiJ+I, можно в некоторых пределах этих изме
нений сохранить	Д К ^ const соответствующим изменением		ДFк1
за счёт большего или меньшего		демпфирования контура	(уве
личения или уменьшения gi). А		так как согласно (2.22)	Кр ус

непосредственно зависит лишь от А { первой и А2 последней сту пени, то можно при надобности, не изменяя ни усиления, ни

избирательности усилителя, произвольно изменять А х и Л2		в лю
бой	из промежуточных ступеней, при условии сохранения	(2.1)
и в	тех пределах, в которых влияние этих изменений на ДF мо

жет быть скомпенсировано соответствующим изменением собст венной добротности или дополнительным демпфированием кон туров предыдущей и данной ступени.

Более того, из (2.27)	отчётливо	видно, что при Л2, С 1и
A.f+i ^ 1 можно записать	AFKi^AF,	что физически вполне по

нятно: связь контура с предыдущим и последующим усилитель ными приборами настолько слаба, что они не оказывают сколь

ко-нибудь существенного влияния на полосу пропускания.	Это
означает, что можно изменять A 2i. и Л1(Ч2 в гораздо более	ши

роких пределах, чем было указано выше, почти не изменяя AF. При одинаковых связях во всех ступенях, воспользовавшись (2.14) и (2.18), получим для всех ступеней усилителя, кроме по

следней, коэффициент усиления по мощности

^ р . с ^ р. уп. i^K i

2 ( 1 - Ю ,

(2.34)

что в силу идентичности всех усилительных приборов соответ ствует коэффициенту усиления по напряжению

	К	с		2(1 - К у).			(2.35)
В частном случае лампового усилителя (2.35)							обращается в
первое из (1.2).
Выбор	неодинаковых		связей	приведёт к тому, что К Р. с от
дельных ступеней не будут совпадать с (2.34).						Но, как только
что было	показано,	КР. ус при' этом			может быть сохранён не
изменным.	Поэтому	при	оценке	усилительных			возможностей
можно исходить из		предположения,			что связи	одинаковы и ис

пользовать (2.34) как характеристику’усилительных способностей

применяемых усилительных приборов' при данном Кг								Последнее
ясно и	из	других	соображений:		как	видно	из	(2.22),	при
А'{\ •(- А) — AF^AF^>Q,2b,				что на	практике почти всегда				и бы
вает вследствие 4 » 1			и AFJAF -^0,75,			порядок	величины КР. ус
определяется		множителем		Yu 2(1		К у)
				. Уи				найденные
В табл. 2.2 приведены значения Кр с при 7Су=0,8,
при помощи		(2.34) для транзисторов, параметры которых даны
в приложении 1.				что с повышением частоты коэффи
Табл.	2.2	показывает,

циент усиления по мощности, который молено получить от одной

ступени на данном триоде при данном				К у убывает приблизи
тельно как 1//. С учётом		(2.2) можно		преобразовать (2.34) в
Кр.	с	_ !^xl2	/14	(2.36)
		gllg22

7— 464

					Т а б л и ц а 2. 2
	П14	П402			П411А
/, Мг ц	Кр.с	/, Мгц	КР.о	/,	Мг ц	к Р,
0,15	210	0,5	600		20	80
0,3	110	1,5	200		50	27
0,45	83	5,0	67		70	14
1,0	34	10,0	33		100	7
2,0	14	15,0	20
Как	будет видно из дальнейшего, последнее выражение ока
зывается	в некоторых случаях		более удобным.		Согласно	(2.34)

усиление должно всегда расти с уменьшением М. Однако в дей ствительности эта зависимость сложнее. Рассмотрим этот вгттос

подробнее, для чего вернёмся к				(2.22)	(см.	также	приложе
ние 2).
Чтобы получить наибольшее усиление при одинаковых связях
во всех ступенях,	надо, как		мд	уже знаем,		выбрать	~FK. ex =
= AFK4 = AFKMUH и А1 = А2= У М — 1.					При этом (2.22)			с учё
том (2.2) можно преобразовать в
	4 /!_Ич_!1\п		^	кмин		_ J V		(2.37)
	\gnfh2 I		М п [	AF		УМ
Приравняв нулю производную				последнего		выражения		по М,
найдём, что КР. ус	достигает максимума				при
			П +	1
	Мопт. п							(2.38)
				Д F
Однако при А1 — А2=]/УИ— 1, приняв М = Мопт_п согласно
(2.38), получим из (2.33)
ЛКк. ср — ДFKмин — (ЛК — ДКкмин) —						,
что при всех л > 1	и	AF > b F KMU4 означает				ДКк. ср <	№ к мин,
а такое значение ДКк.		ср не может быть реализовано. Только при

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 289 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ