Устойчивость резонансного каскада

Входная проводимость каскада УРЧ как линейного 4-полюсника определяется из первого выражения системы (5.2)

(5.11)

Из последнего выражения следует, что за счет внутренней обратной связи в транзисторе ( ) на вход усилительного прибора вносится проводимость

, (5.12)

значение и характер которой зависит от расстройки нагрузочного контура.

Для биполярных транзисторов на частотах, меньших предельной час­тоты усиления по крутизне f можно положить

и .

Тогда подставляя в виде, найдем

(5.14)

Отсюда видно, что при индуктивной расстройке нагрузочного контура В<0 и, следовательно, величина G_вн отрицательна. Можно показать, что максимальное значение отрицательной проводимости равно

(5.15)

Оценим устойчивый коэффициент усиления резонансного каскада на транзисторах. Для этого запишем

(5.16)

Отсюда при можно получить значение устойчивого коэффициента усиления резонансного каскада

(5.17)

Внесение во входную цепь транзистора отрицательной проводимостиG_вн тождественно возникновению в схеме положительной обратной связи (регенерации) за счет действия проходной проводимости . Если , тоусилитель оказывается на грани самовозбуждения.

Различают два режима работы транзисторного усилителя - безусловно устойчивый и условно устойчивый.

В первом режиме схема устойчива при произвольных пассивных на­грузках (по входу и выходу транзистора), а во втором режиме при некоторых нагрузках возможно самовозбуждение. Вследствие комплексного характера Y-параметров и их зависимости от режима транзистора по постоянному току на одном и том же транзисторе для различных схем включения и частотных диапазонов усилитель может быть безусловно устойчивым или условно устойчивым.

Методы повышения устойчивости резонансных каскадов

Поскольку опасность самовозбуждения усилителя радиочастоты связана с наличием обратной связи через Y₁₂ активного прибора, то можно определить следующие способы повышения устойчивости резонансных каскадов:

- применение схем нейтрализации внутренней обратной связи;

- включение апериодических каскадов усиления между резонансными каскадами (использование каскодных схем резонансных усилителей).

При нейтрализации внутренней обратной связи используется внешняя обратная связь, с выхода резонансного каскада на его вход. В этом случае напряжение обратной связи подаваемое по внешней цепи обратной связи должно быть противофазно напряжению внутренней обратной связи. При этом подбирая проводимость цепи внешней обратной связи можно полностью на определенной частоте нейтрализовать действие внутренней обратной связи. Одна из возможных схем УРЧ с нейтрализацией представлена на рисунке 5.3.

Рис.5 3

Большее устойчивое усиление достигается за счет того, что часть ин-вертированного нагрузочным контуром выходного напряжения через нейтрализующую цепь R_нт и С_нт подается на базу транзистора и компен­сирует действие проводимости обратной связи Y₁₂.

Второй способ состоит в том, что между нагрузочными контурами, включенными на входе и выходе резонансного усилителя включается апериодический усилитель. Тем самым уменьшается внутренняя обратная связь между нагрузочными контурами. В этом случае апериодический и резонансные каскады образуют один эквивалентный усилительный каскад. Апериодический и резонансный каскады могут быть собраны по любой из известных схем (с общим коллектором, базой и эмиттером). Однако наиболее устойчивым является соединение каскадов общий эмиттер - общая база.

УРЧ приемных устройств умеренно высоких частот в настоящее время обычно выполняются на универсальных и специализированных микросхе­мах. Полупроводниковые интегральные микросхемы (ИМС) применяются

на частотах f<100 МГц, а на более высоких частотах используются гибридные ИМС, позволяющие реализовать меньший коэффициент шума. Современные ИМС, на которых реализуются УРЧ выполняются на нескольких (от двух до 4-транзисторов) соединенных между собой непосредственно, что позволяет повысить устойчивость работы схемы и обеспечит значительное усиление. Введение в ИМС вспомогательных транзисторов и диодов улучшает стабилизацию режима активных элементов и дает возможность регулировать усиление УРЧ. Достаточно часто в ИМС применяется соединение двух транзисторов - каскодная схема ОЭ-ОБ. Если применяемые транзисторы близки по своим параметрам, то общий коэффициент усиления по напряжению определяется каскадом включенным по схеме с обшей базой. Первый каскад, собранный по схеме с общим эмиттером, имеет коэффициент усиления по напряжению близкий к 1 и большой коэффициент усиления по мощности. Поэтому указанная схема при высокой устойчивости обладает и малым коэффициентом шума. Устойчивость схемы достигается за счет малой обратной проводимости обратной связи транзисторной пары ОЭ-ОБ.