6

Лекция №9

Устойчивый резонансный коэффициент усиления определяется следующим выражением

(3.35)

где С₁₂ – емкость внутренней обратной связи транзистора, определяется в основном емкостью база-коллектор транзистора.

В многокаскадном усилителе выходной контур данного каскада является входным для следующего и шунтируется его входной проводимостью, что изменяет эквивалентную проводимость каскада и в свою очередь изменяет проводимость и параметры входного контура. Поэтому многокаскадный усилитель менее устойчив чем однокаскадный. Если в каждом каскаде выполнять условие (3.35) то снижение устойчивости незначительно.

С ПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РЕЗОНАНСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Известны пассивные и активные способы повышения устойчивости.

Пассивные способы сводятся к уменьшению активного усиления, чтобы выполнялось неравенство

Для этого, например, достаточно уменьшить коэффициенты включения и эквивалентные сопротивления контуров R_э.

Активные способы основаны на нейтрализации внутренней ОС усилительного прибора с помощью специальных цепей. Полная нейтрализация возможна в относительно узком диапазоне частот из-за зависимости параметров внутренней ОС от частоты.

Для повышения устойчивости усилителей часто используют каскодные соединения двух усилительных приборов, при этом вход второго транзистора соединяется с выходом первого непосредственно без частотно-зависимых цепей. Влияние внутренней ОС при этом уменьшается, т.к. проводимость ОС определяется обратной проводимостью двух транзисторов.

КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ С ВХОДНОЙ ЦЕПЬЮ

Типичная схема входной части РПрУ в упрощенном виде:

И сточник сигнала с комплексной проводимостью и вход усилительного каскада подключены к контуру с коэффициентами включения

(3.36)

Определим коэффициент шума ВЦ совместно с первым каскадом приемника. Для этого составим эквивалентную схему. Поскольку контуры настраиваются на частоту сигнала, то в схеме отсутствуют реактивные проводимости. Тепловые шумы источника сигнала и контура ВЦ представлены генераторами тока пересчитанные ко входу усилительного прибора (точки 11).

, (3.37)

здесь , - пересчитанные к точкам 11 проводимости источника и контура.

Шумы усилительного прибора представлены генераторами тока и напряжения:

, (3.38)

Напряжению шумов U_ш соответствует ток

(3.39)

где

Согласно определению коэффициента шума

. (3.40)

после подстановки в (3.40) значений для токов получим:

(3.41)

Найдем оптимальное , при котором коэффициент шума минимален, для этого решим уравнение относительно .

(3.42)

Подставляя (3.42) в (3.41) найдем

(3.43)

Из (3.42) учитывая, что определим m, при котором Ш_min .

(3.44)

где - коэффициент включения, обеспечивает согласование с первым каскадом. Из рисунка видно, что . Это различие имеет место при малых собственных шумах усилительного элемента, когда шум в основном определяется шумом источника и ВЦ.

Рассогласование на входе приемника во многих случаях может оказаться нежелательно, особенно в диапазонах метровых и дециметровых волн, когда применяют настроенные антенны.

Условие согласования:

(3.45)

При этом ; ;

Коэффициент шума в режиме согласования найдем подстановкой (3.45) в (3.41)

(3.46)

В усилителях на полевых транзисторах (t_вх=1, n=1, G_вх<<G₀) из (3.46) . Следовательно:

(3.47)

Режим согласования на входе приемника является основным, тем более, что режим оптимального согласования по шумам резко дает ощутимый выигрыш перед согласованием на входе.

В общем случае для уменьшения коэффициента шума РПрУ следует на входе применять транзисторы с возможно меньшим произведением . Поэтому полевой транзистор на входе РПрУ предпочтительнее биполярного.

УПЧ С ОДНОКОНТУРНЫМИ КАСКАДАМИ, НАСТРОЕННЫМИ НА ОДНУ ЧАСТОТУ f_ПР

УПЧ – осуществляет основное додетекторное усиление сигнала, вследствие чего должен иметь большой коэффициент усиления, для этого УПЧ делают многокаскадным.

Рассмотрим УПЧ, содержащий N каскадов

, (3.48)

резонансный .

Следовательно, избирательность имеет вид:

УПЧ сравнительно узкополосные

(3.49)

При неравномерности полоса пропускания

(3.50)

При неравномерности

(3.51)

П_0.7 – полоса пропускания 1-го каскада.

- функция числа каскадов.

Из формулы (3.51) видно, что с ростом N полоса (результирующая) усилителя становится все меньше полосы одиночного контура (каскада). Для получения заданной полосы пропускания N-каскадного усилителя затухание каждого контура определяется выражением:

. (3.52)

УПЧ С ДВУХКОНТУРНЫМ ФИЛЬТРОМ

Применяют различные виды усилителей с двухконтурными фильтрами. Наиболее распространена индуктивная и внешне емкостная связь между контурами. Связь контура с усилительными приборами чаще всего бывает автотрансформаторной или с помощью емкостного делителя.

Рассмотрим вариант индуктивной связи между контурами.

В эквивалентной схеме С₁=С_к1+m²G_вых+С_М1, С₂=С_к2+n²G_вх+С_М2 – полные емкости; , - полные проводимости. На основании теоремы об эквивалентном генераторе заменим генератор тока , генератором ЭДС , которая находится как напряжение холостого хода между точками 11: . Зная коэффициент передачи фильтра , можно найти коэффициент усиления

, (3.53)

где - характеристическое сопротивление первого контура. Это выражение справедливо для усилителя с фильтром, содержащим любое число контуров. Этому фильтру будет соответствовать своё значение К_ф.

Самостоятельно изучить применение ФСС в УПЧ § 3.12 Буга, Фалько. Стр 83 – 89.

СТАБИЛЬНОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК УСИЛИТЕЛЕЙ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ

Параметры УПЧ (коэффициент усиления, полоса пропускания, форма АЧХ и другие) могут меняться под воздействием внешних факторов (температура, влажность, вибрация и т.д).

Наибольшее влияние на настройку контуров, а следовательно, на стабильность параметров, оказывает непостоянство входной и выходной емкостей транзистора, так как они вносятся в входной и выходной колебательные контуры.

В двухконтурных и многоконтурных УПЧ входная и выходная емкости вносятся в разные контуры фильтра, следовательно, их влияние меньше и параметры УПЧ более стабильны.

Если изменение полной емкости контура С обозначить как , то условием стабильности параметров будет соотношение:

,

где - допустимый коэффициент нестабильности

.

При выборе емкостей контуров нужно, чтобы выполнялись условия:

для одноконтурных УПЧ

для двухконтурных УПЧ

.

Если есть запас по усилению емкости следует несколько увеличивать т.к. это повысит стабильность. Более устойчивыми получаются УПЧ (и стабильными) в которых используются ФСС, так как только в первый и в последний контура вносятся дестабилизирующие (нестабильные) параметры транзисторов.

Изменение входной и выходной проводимостей транзисторов приводит прежде всего к расширению или сужению полосы пропускания. Она считается стабильной если выполняются условия:

для одноконтурных УПЧ ;

для двухконтурных УПЧ , .

Здесь ; , .

- максимальное допустимое отклонение полосы пропускания от номинала П. Для стабильности усилительных параметров транзисторов применяют различные схемы температурной стабилизации рабочих точек, а также стабилизацию питающего напряжения.