Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Lection RPrU / Lection RPrU.pdf
Скачиваний:
676
Добавлен:
11.05.2015
Размер:
51 Мб
Скачать
☆
4gнgcy221

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

параметров, поэтому его часто называют инвариантным коэффициентом устойчивости.

4.6 Коэффициент передачи по мощности

Коэффициент передачи по мощности связан со сквозным коэффициентом передачи соотношением

 

 

 

P

 

U

2

gн

 

 

 

 

U

 

 

2

 

4g

 

g

 

 

U

 

2

 

4g

 

g

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

н

c

 

2

 

 

н

c

 

2 .

К

p

=

 

н

=

 

 

 

= 4g

н

g

с

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

=

 

 

K

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/(4gс )

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

со

 

Iс

 

 

 

 

 

с

 

 

с

 

yс

 

 

 

с

 

 

yс

 

 

 

Подставляя выражение для сквозного коэффициента передачи, получим

Кp =

4gнgcy212

 

.

[(y + y )(y + у )− у

у ]2

 

c 11 н 22 12 21

Если проводимость обратной передачи равна нулю (однонаправленная передача), то на резонансной частоте

Kpо = [(gc + g11)(gн + g22 )]2 .

При согласовании по мощности на выходе (gн=g22)

Kp

=

4g

22gcy212

=

gc y

212

.

(gc + g11 )2 4g222

 

 

 

 

 

(gc + g11 )2 g22

При согласовании по мощности и на входе (gс=g11) получим выражение для максимального коэффициента передачи по мощности в режиме согласования

 

g

y2

 

 

y

2

 

 

Kp max =

11

21

=

 

 

21

.

(4.18)

4g112 g22

 

 

 

 

 

4g11g22

 

Условия получения максимального

 

коэффициента

передачи при

двустороннем согласовании

&

& *

 

 

&

 

& *

 

учётом обратной связи

Yc

=Yвх

 

и Yн

=Yвых с

 

выглядят так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂Кр

= 0 ;

 

 

∂Кр

 

= 0

;

 

∂Кр

 

= 0 ;

 

 

 

∂Кр

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ Re(yн )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ Im(yc )

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ Im(yн )

 

 

∂ Re(yc )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эти условия выполняются при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1/

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gсо =

 

 

{[2Re(y11) Re(y22) − Re(y12y21)]

−

 

 

y12y21

 

 

 

 

}

 

,

2Re(y22)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

со

= − Im(y

 

) +

Im(y12y21)

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

2Re(y22 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gно =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22) − Re(y12y21)]

2

−

 

 

 

 

 

 

2

1/

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{[2Re(y11) Re(y

 

 

y12y21

 

 

}

 

,

2Re(y )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bно = − Im(y22 ) + Im(y12y21) . 2Re(y11)

При этом

112

 

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

 

 

K p макс =

y

21

(k у

−

 

2

,

 

 

y12

k у − 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

а максимальное устойчивое усиление при ky=1 равно

 

 

 

K p.уст.макс =

y

21

.

 

 

 

y12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.7 Коэффициент шума УРС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eш

I'c

g'c

I'шк

g'

 

g11

 

iш

ЧП

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.11

 

 

 

Эквивалентная шумовая схема УРС представлена на рис. 4.11. Коэффициент шума по определению равен

K

ш

=

PшΣ

=

Uш2 ∑GΣ

=

Uш2 ∑

,

 

 

Pшс Uшс2 GΣ Uшс2

 

где GΣ = g′c + g′ + g11 ;

g′c = gcn12 / n22 – проводимость источника сигнала, пересчитанная к входу четырехполюсника,

g′ = g / n22 – потери контура пересчитанные к входу четырехполюсника. Квадрат суммарного шумового напряжения цепи равен

 

 

 

 

Uш2 ∑ =

(I′ )

2 + (I′

 

)2

+ I

2

 

+ eш2 =

 

 

 

 

 

 

c

шк

 

 

 

 

 

ш

 

 

 

 

 

 

 

GΣ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

4kTg'c

fэф + 4kTg'

fэф + 4kTgш

 

fэф

+ 4kTRш fэф

 

 

 

 

 

 

 

GΣ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Gш и Rш – шумовые параметры активного элемента.

 

 

Шумы источника сигнала равны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U2

= 4kT

g′c

 

f

эф

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шс

 

GΣ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончательное выражение для коэффициента шума

проводимости корреляции имеет вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g'+g

ш

 

R

ш

(g' +g'+g

)2

 

 

2gкорRш (g'c

+g'+g11)

К

ш

= 1+

 

+

 

c

11

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

.

g'c

 

 

 

g'c

 

 

 

 

 

 

 

g'c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с учетом

(4.19)

Определим условие получение минимального коэффициента шума, т.е. условие шумового согласования:

113

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

∂K

g' +g

2R

(g' +g'+g )

R

(g' +g'+g )2

 

2gкорRш(g'+g11)

 

ш

=−

c ш

+

ш c

11

−

ш c

11

−

 

 

=0.

 

 

 

 

 

 

(g'с )2

 

(g'с )2

∂g'c

(g'с )2

 

g'c

 

 

 

 

 

 

Значение коэффициента включения n2 далее принято равным единице, так это обеспечивает получение минимального значения коэффициента шума.

В результате несложных манипуляций получим, что оптимальная пересчитанная проводимость источника сигнала должна равняться

g'cопт = (g + g11)

 

 

g + gш

 

 

2gкор

2

1+

 

 

 

 

+

 

= gcn1опт ,

R

ш

(g + g

)2

g + g11

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

откуда следует, что условие согласования по шумам и условия согласования по мощности не совпадают (рис. 4.12). Оптимальное значение коэффициента включения при этом равно

 

 

 

 

(g + g

)

 

 

 

 

g + g

ш

 

 

 

 

2g

кор

 

n

1опт

=

 

11

 

 

1

+

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

(4.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gc

 

 

 

 

 

R

 

(g + g

 

)2 g + g11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ш

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n1опт

= n1p 4 1+

 

g + gш

 

 

 

+

 

2gкор

 

,

(4.21)

 

R

ш

(g + g

)2

 

 

g + g11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где n1p – коэффициент включения, удовлетворяющий условию согласования по мощности.

Кш

Кp

Кp

Кш

 

 

 

gc

 

 

gco

gc.опт

 

 

Рис. 4.12

ЛЕКЦИЯ №13. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ УРС

4.8 УРС на полевых и биполярных транзисторах

После анализа электрических параметров в общем виде осталось привести принципиальные электрические схемы типовых УРС. На рис. 4.13 приведена схема УРС с параллельным способом подачи питания на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком.

114

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

 

 

 

 

Ср2

 

 

VT

Rc

 

Lк

 

 

Rф

Ск

Ср1

Rи Си

 

 

Rн

 

 

+Еп

Lк

Ск

Сф

 

 

 

Rг

 

 

 

 

Рис. 4.13 - Схема УРС с параллельным питанием

Элементы Lк и Cк выполняют функции входной и выходной согласующих цепей, Rи – резистор автоматического смещения, Си – конденсатор, устраняющий местную обратную связь по переменному току, RфCф – фильтр напряжения источника питания, Сp1 и Cp2 – разделительные конденсаторы, Rc – резистор, через который осуществляется подача питания на сток. Входная согласующая цепь имеет автотрансформаторное подключение к источнику сигнала и полное подключение к входу полевого транзистора, имеющего большое входное сопротивление. Выходная согласующая цепь имеет автотрансформаторное подключение и к цепи стока, и к цепи нагрузки.

На рис. 4.14 приведена схема УРС с последовательным способом подачи питания на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

 

 

Rб1

Lк

Ср2

Ср1

 

VT

 

 

 

Lк

Cк

 

Cк Сф

 

 

 

Rэ Сэ

 

Rн

 

 

 

 

Rг

 

 

Rф

 

 

Rб2

 

 

 

Сб

 

 

 

 

+Еп

 

 

 

 

 

Рис. 4.14 - Схема УРС с последовательным питанием

Элементы Lк и Cк – входная и выходная согласующие цепи, Rэ – резистор автоматического смещения, Сэ – конденсатор, устраняющий местную обратную связь по переменному току, RфCф – фильтр напряжения источника питания, Сp1 и Cp2 – разделительные конденсаторы, Rб1 и Rб2 – делитель напряжения, осуществляющий подачу необходимого напряжения на базу транзистора, Сб – блокировочный конденсатор, обеспечивающий к общему проводу нижнего вывода колебательного контура. Такая схема подачи смещения на базу устраняет шунтирование входного колебательного контура базовым делителем. Входная и выходная согласующие цепи имеют автотрансформаторное подключение к источнику сигнала и к цепи нагрузки.

На рис. 4.15 приведена схема УРС с последовательным способом подачи

115

Курочкин А.Е. Конспект лекций. Радиоприемные устройства

питания на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой. Назначение элементов данной схемы по сравнению с предыдущей схемой не изменилось.

Ср1

 

 

VT

 

Lк

Ср2

 

 

 

 

Lк

 

Cк

 

Cк

 

 

 

 

 

 

Сф

 

 

 

 

Rб1

 

Rн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rг

Rэ

Сэ

 

 

Rф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rб2 Сб

 

 

 

 

 

 

 

 

+Еп

 

Рис. 4.15 - УРС с общей базой

Определим внутренние параметры усилительного элемента, включенного по схеме с общей базой в случае биполярного транзистора или с общим затвором в случае полевого транзистора.

Рассмотрим плавающую матрицу четырехполюсника, у которого ни один из выводов к общему проводу не подключен:

 

 

 

 

y11

y12

− y11

− у12

 

Y

 

=

у21

у22

− у21

− у22

 

 

 

 

−у11

−у12

у11

у12

 

 

 

 

 

 

 

 

− у21

− у22

у21

у22

Так как реальные усилительные элементы имеют три электрода, то необходимо просуммировать элементы третьего и четвертого столбца и третьей и четвертой строки. Для биполярного транзистора получим следующую матрицу:

 

 

 

б

к

 

э

 

 

б

 

y11

y12

− (y11

+ y12 )

 

.

(4.22)

 

 

 

Y

= к

 

у21

у22

− (у21

+ y22 )

 

 

 

 

 

 

э

 

− (у11+ y21)

− (у12+ y22 )

у11 + y12 + y21 + y22

 

 

 

Полученная матрица позволяет определить внутренние параметры усилительного элемента в любой схеме включения. Например, для схемы с общей базой необходимо заземлить базу. Это означает вычеркивание столбца и строки, обозначенных буквой “б” (база):

 

 

 

 

 

к

э

 

 

 

 

 

 

 

 

YОБ

 

= к

 

у22

− (у21 + y22 )

 

=

 

y22ОБ

y21ОБ

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y12ОБ

y11ОБ

 

 

 

 

 

э

 

− (у12+ y22 )

у11 + y12 + y21 + y22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда следует, что

y11ОБ = y11 + y12 + y21 + y22 ≈ y21 ,

116