Каскодная схема урс.

Каскадные схемы – это многокаскадные УРС, у которых транзисторы в каждом каскаде имеют одинаковые схемы включения. В каскодных схемах транзисторы имеют различные схемы включения: входной каскад выполнен по схеме с ОЭ (или с ОИ для полевого транзистора), а выходной – по схеме с ОБ (или с ОЗ для полевого транзистора). На рис.5.14 приведена схема каскодного УРС с последовательным способом подачи питания на биполярных транзисторах.

Рис.5.15 Каскодная схема УРС на биполярных транзисторах

Коэффициент передачи по напряжению первого каскада равен

.

Коэффициент передачи по напряжению второго каскада равен

.

Коэффициент передачи по мощности первого каскада равен

.

Коэффициент передачи по мощности второго каскада равен

.

Суммарный коэффициент передачи по мощности

.

В соответствии с формулой для коэффициента шума каскадного соединения четырехполюсников шумы каскодной схемы при определяются шумами только первого каскада.

Внутренние параметры каскодного соединения активных элементов:

1. Входная проводимость

.

2. Выходная проводимость

.

3. Проводимость обратной передачи (рис.5.16,б)

.

4. Проводимость прямой передачи (рис.5.16,а)

.

Рис.5.16

Так как , то коэффициент устойчивого усиления каскодной схемы превышает коэффициент устойчивого усиления схемы с общей базой (или затвором).

Многокаскадные урс.

Примерное распределение усиления в радиоприемном тракте представлено на рис.5.17.

Рис.5.17

Как видно из рисунка, наибольшее усиление требуется в УПЧ, где для увеличения уровня сигнала приходится применять многокаскадные усилительные структуры. При этом возникают проблемы:

1. обеспечения устойчивости;

2. согласования по мощности, шумам, полосе и т.д.

Классификация многокаскадных УРС:

1. с одиночными настроенными контурами;

2. с одиночными попарно-расстроенными контурами;

3. с двухконтурными фильтрами;

4. с фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС) или избирательности (ФСИ)

5. бесконтурные

- с пассивными RС фильтрами;

- c активными фильтрами;

- апериодические.

Урс с одиночными настроенными контурами

Структура УРС с одиночными настроенными контурами представлена на рис.5.18.

Рис.5.18

Произведем анализ усилительных и селективных свойств данной структуры.

Как известно, коэффициент прямоугольности АЧХ равен

, (5.25)

где γ- некоторый фиксированный уровень, составляющий обычно 0,1 или 0,01.

Рис.5.19

Суммарный коэффициент передачи n – каскадного УРС представляет собой произведение коэффициентов передачи отдельных каскадов и если они равны, то

. (5.26)

Фиксированный уровень γ определим как отношение коэффициентов передачи на произвольной и резонансной частотах

, (5.27)

откуда получим значение обобщенной расстройки , которая необходима для получения уровня γ

. (5.28)

Обобщенная расстройка связана с полосой пропускания на произвольном уровне следующим соотношением

(5.29)

то есть полоса пропускания на уровне γ равна

. (5.30)

Тогда коэффициент прямоугольности можно определить через отношение обобщенных расстроек

. (5.31)

Значение определяется из (5.28) при γ=0,707:

. (5.32)

Таким образом, коэффициент прямоугольности многокаскадного УРС равен

. (5.33)

При n=∞ и γ=0,01 предельное значение (рис.5.20).

Рис.5.20

Проанализируем возможность применения данного УРС в тракте УПЧ, где требуется большое усиление.

Коэффициент передачи одиночного каскада равен

. (5.34)

Из (5.30) с учетом (5.32) полоса пропускания многокаскадного усилителя равна

, (5.35)

где - полоса пропускания одиночного контура

Используя (5.34) и (5.35) получим, что для многокаскадного усилителя

, (5.36)

где К₁ – коэффициент передачи одного каскада, имеющего полосу пропускания, равную полосе пропускания всего УРС.

На рис.5.21 представлены графические зависимости при К₁ =4. Из графика видно, что максимальный коэффициент передачи равен примерно 9 и наблюдается при оптимальном числе каскадов n=4. Наличие оптимума обусловлено тем, что начиная с К₁=2,42 при небольших значениях n большую скорость изменения имеет первый возрастающий сомножитель и меньшую - второй убывающий сомножитель . При больших значениях n большую скорость изменения имеет второй убывающий сомножитель и меньшую - первый возрастающий сомножитель . Физическое объяснение этому эффекту достаточно простое: с увеличением числа каскадов происходит сужение полосы пропускания всего УРС, поэтому для сохранения заданной полосы необходимо шунтировать колебательные контуры (уменьшать R_э), что в свою очередь и вызывает уменьшение коэффициента передачи. Это явление характерно для всех многокаскадных УРС с распределенной селективностью.

Рис.5.21

Рис.5.22

При увеличении К₁ максимальный коэффициент передачи возрастает: при К₁=6 он составляет примерно 117 (рис.5.22) и наблюдается при оптимальном числе каскадов n=9. С практической точки зрения такой УРС трудно реализуем.

Таким образом, рассматриваемый резонансный многокаскадный УРС имеет коэффициент прямоугольности, значительно отличающийся от единицы. Такой УРС может быть применен только в качестве УРЧ или в случаях, когда не требуются большие значения селективности.