Вопрос 7. Усилители радиочастоты

Назначение УРЧ – обеспечение необходимого К_у и частотной селективности. Усилитель должен обладать малыми собственными шумами и высокой линейностью. Обычно УРЧ выполняют на полевых транзисторов, т.к. у них малый коэф-т шумов, высокое R_вх, высокая линейность.

В режиме малых сигналов VТ можно представить активным линейным 4-хполюсником, описываемым системой уравнений для Y-параметров:

Схему можно преобразовать:

При полном включении транзистора

U_вых = Y₂₁U₁Z_экв

K = Y₂₁Z_экв

G_экв = G₂₂ + G_k + G_н

Для передачи максимальной мощности нужно согласовывать сопротивления элементов:

Т.к. включение неполное, то

В общем случае

G_экв = m²G₂₂ + G_k + n²G_н

K = mnY₂₁Z_экв

f-расстройка

f₀-резонансная частота, т.к. f f₀, то

,

f-абсолютная расстройка, с учетом

Тогда окончательно:

Тогда

,

Коэф-ты включения выбираются из следующих соображений:

1. обеспечение максимального усиления и обеспечение оптимальной связи

2. обеспечение нужной полосы пропускания

3. постоянство частоты настройки, допустимая расстройка контура (емкости в процессе работы могут меняться и вносить заметные расстройки)

4. минимизация коэф-та шума усилителя.

Оптимальные коэф-ты включения:

m и n в общем случае частотозависимы, но т.к. диапазон частот невелик, то этим можно пренебречь.

Полоса пропускания (-3 дБ):

Вопрос 8. Устойчивость усилителей радиочастоты

Назначение УРЧ – обеспечение необходимого К_у и частотной селективности. Усилитель должен обладать малыми собственными шумами и высокой линейностью. Обычно УРЧ выполняют на полевых транзисторов, т.к. у них малый коэффициент шумов, высокое R_вх, высокая линейность.

Входная и выходная проводимости усилителя могут быть представлены в следующем виде:

Из этих уравнений следует, что из-за внутренней ОС, обусловленной проводимостью Y₁₂, входная проводимость зависит от проводимости нагрузки, а выходная – от проводимости источника сигнала.

Комплексное значение проводимости Y₁₂ создает паразитное влияние выходного контура на входной. То есть ОС приводит к деформации формы резонансной кривой и при определенных условиях возможно самовозбуждение усилителя.

Для обеспечения стабильной работы усилителя необходимо не только нарушение баланса амплитуд и баланса фаз, но и создание запаса устойчивости, которое характеризуется коэффициентом устойчивости:

K_y = 1 + n₁² ∙ m₂² ∙ R_Э1∙ R_Э2 |Y₁₂ Y₂₁| ∙ g(фи,αльфа)

m₁,n₁–коэффициенты включения первого контура (по входу)

m₂,n₂–коэффициент включения второго контура (по выходу)

R_Э1,2 – эквив. сопротивления входного и выходного контуров

g(фи,αльфа) – функция, зависящая от фазового сдвига.

Если К_у = 0 то усилитель самовозбуждается.

Если Ку = 1, то ОС отсутствует, и это будет соответствовать max устойчивости усилителя. Поэтому Ку стремятся выбрать как можно ближе к 1.

Поскольку активные элементы обладают большим разбросом параметров, то коэффициент устойчивости выбирают с запасом:

Существует пассивные и активные методы повышения устойчивости.

Пассивные сводятся к уменьшению фактического коэффициента усиления, чтобы выполнялось неравенство K_усил ≤ K_{0 у}. Для этого достаточно уменьшать коэффициент включения контуров или их эквивалентное сопротивление.

Активные – позволяют увеличить K_{0 у}. И тем самым реализовать потенциальную усилительную возможность активного элемента.

К таким методам относится:

Нейтрализация (Y_H) внутренней ОС (включение параллельно активному элементу проводимости, чтобы Y_H = - Y₁₂ – первый рисунок) и каскодное включение активного элемента.

У транзисторов обратная проводимость Y₁₂ зависит от частоты, так же как у нейтральных цепей, поэтому в диапазонных и широкодиапазонных усилителях нейтрализация не применяется, а ее применяют в узкополосных.

Каскодное соединение представляет собой последовательно гальваническое соединение 2х активных элементов, что позволяет уменьшить влияние внутренней ОС, так как эквивалентная проводимость ОС определяется проводимостью 2х активных элементов. Для анализа эти проводимости заменяют одной.

Наиболее распространена схема ОЭ-ОБ.

Эквивалентная проводимость:

Y_12Э = - Y₁₂^' Y₁₂^'' /( Y₂₂^' + Y₁₁^'') ,

Y_21Э = - Y₂₁^' Y₂₁^'' /( Y₂₂^' + Y₁₁^'')

один штрих – к первому, два штриха– ко 2-му

Хорошие результаты также дают схемы с ОИ-ОЗ (пт) и ОИ-ОБ(ПТ и БТ).