Учебники / УПиОС Плаксиенко_2004

Устройства приема и обработки сигналов

Сопротивление RC выбирают значительно большим, чем эквивалентное сопротивление контура, если при этом напряжение питания транзистора оказывается недостаточным, вместо резистора RC может быть включен дроссель с индуктивностью LДР намного выше LК.

Поскольку напряжение питания не приложено к контуру, то надежность схемы считается высокой, так как изменение постоянной составляющей тока стока не может изменить настройку контура; упрощается коммутация многодиапазонных схем. Недостатком схемы является шунтирование контура резистором RC.

На частотах выше 30 МГц в усилителях радиочастоты часто применяют включение транзистора по схеме с ОБ (ОЗ). Одна из таких схем приведена на рис. 4.6.

УРЧ с ОБ имеют меньшее усиление по сравнению с УРЧ по схеме с ОЭ из-за меньшего RВХ. На достаточно высоких частотах УРЧ с ОБ может быть эквивалентен или даже более эффективен, чем УРЧ с ОЭ, так как в УРЧ с ОЭ с ростом частоты быстро падает коэффициент усиления.

Назначение элементов схемы не отличается от рассмотренных выше. Контур усилителя полностью включен в выходную цепь транзистора (m=1) и автотрансформаторно - во входную цепь следующего каскада.

Основная особенность схемы с ОБ состоит в том, что вся переменная составляющая коллекторного тока протекает по цепи предыдущего каскада через контур LК ВХ CК ВХ , что определяет стопроцентную обратную связь. Это увеличивает входную проводимость каскада (YВХ Б = Y21= S), что вызывает шунтирование входного контура LК ВХ CК ВХ и приводит к повышению устойчивости и снижению коэффициента шума. С другой стороны, увеличение входной проводимости приводит к потреблению значительной мощности сигнала, в результате при одинаковом, по сравнению с УРЧ с ОЭ, коэффициенте передачи по напряжению

81

Устройства приема и обработки сигналов

Транзисторы VT1 и VT2 можно рассматривать как один эквивалентный транзистор (на схеме показан штриховой линией), при этом схема обладает следующими свойствами:

- малой внутренней обратной связью, примерно на два порядка ниже, чем в УРЧ с ОЭ, что позволяет получить более высокий коэффициент устойчивого усиления;

- коэффициент усиления напряжения равен коэффициенту усиления напряжения второго каскада

K0кс K02 ;

- коэффициент усиления мощности равен коэффициенту усиления мощности первого каскада

Kркс Kр1;

-коэффициент шума равен коэффициенту шума первого каскада

Шкс Ш1 Ш2 1 Ш1;

Kр1

-выходная проводимость каскодной схемы меньше выходной проводимости УРЧ с ОЭ, что позволяет применить полное включение контура в цепь коллектора VT2 и обеспечить высокую селективность;

-входная проводимость каскада такая же, как и у схем с ОЭ.

Таким образом, каскодная схема позволяет сохранить преимущества УРЧ с ОБ, исключив ее недостатки. Аналогичные выводы распространяются на каскодную схему на полевых транзисторах.

На рис.4.9 показан вариант каскодной схемы с параллельным питанием двух каскадов, что требует меньшего напряжения питания. В данной схеме сочетание полевого и биполярного транзисторов обеспечивает большое усиление мощности и высокое входное сопротивление. Каскодные схемы широко используются в интегральном исполнении.

В УРЧ, выполненных на интегральных схемах, применяют дифференциальные каскады. Дифференциальный каскад состоит из двух симметричных половин, каждая из которых включает транзистор и коллекторный резистор (рис. 4.10). Элементы VT1, VT2, RК1 и RК2 образуют мостовую схему.

83

Устройства приема и обработки сигналов

пературы и т. д., токи транзисторов и потенциалы коллекторов изменяются одинаково и синфазная составляющая не усиливается UВЫХ =0. Значительное ослабление синфазной составляющей может быть достигнуто только в интегральном исполнении дифференциального каскада.

Дифференциальный каскад универсален, так как может выполнять функции усиления, детектирования, преобразования частоты, ограничения, регулировки усиления и др. В связи с этим дифференциальный каскад широко используется в интегральном исполнении, в частности в 174, 175, 157 и других сериях, предназначенных для использования в прием- но-усилительной аппаратуре. Широко он используется и в дискретном исполнении.

4.3.Анализ обобщенной эквивалентной схемы УРЧ

Врежимах малых сигналов усилительный прибор (транзистор) можно представить в виде модели активного линейного четырехполюс-

ника (рис.4.11).

Такой четырехполюсник описывается двумя линейными уравнениями, связывающими между собой напряжения и токи на его входе и выходе. В системе Y- параметров уравнения четырехполюсника имеют вид

Следует учесть, что Y- параметры в общем случае являются комплексными числами и значит зависят от частоты.

Y- параметры определяются при коротком замыкании на входе и на выходе:

85

86

Рис. 4.12

- суммарная проводимость контура и нагрузки, пересчитанная к выходу четырехполюсника (к точкам 2-2’).

Знак минус в выражении (4.3) появляется вследствие того, что падение напряжения от тока I2 на нагрузке в точках 2-2 противоположно напряжению U2 . Коэффициенты включения

Так как U Н nU К mn U 2 , то

K nU2 . mU1

87

Устройства приема и обработки сигналов

выражении (4.9). Это означает, что многие выводы, сделанные при анализе входных цепей, могут быть распространены и на резонансный усилитель.

Положив = 0 находим резонансный коэффициент усиления

Поскольку К0 зависит от коэффициентов m и n, то должны существовать оптимальные значения m è n при которых К0 будет максимальным.

Оптимальные значения m и n найдем при условии ограничения величины затухания контура

Коэффициент усиления максимален при одинаковом шунтировании контура как со стороны выхода усилительного каскада , так и со стороны нагрузки т.е., при

m2 G22 n 2 GH D 1 G0 . 2

При малом собственном затухании контура, т.е. при D>>1 усиление достигает предельного значения

89