|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 25  Рис. 5.14. Схема каскада двухконтурного диапазонного УРЧ с индуктивной связью между контурами.  Выхед -о I-о Рис. 5.15. Схема каскада двухконтурного УРЧ с неполной внешнеемкостной связью между контурами.  Рис. 5.16. Эквивалентная схема каскада УРЧ: goii - активная в.ходная проводимость каскада с учетом элементов схемы, включенных во входную цепь УП; Сип - входная емкость каскада; gBx;, Свхг - входные активная проводимость и емкость следующего каскада: Кос - проводимость цепи внутренней обратной связи; gK, Lk, с - активная проводимость, индуктивность и емкость контура; Cl - паразитная емкость катушки контура (10-20 пФ для многослойных н 3-5 пФ для однослойных катушек); nii и Шд - коэффициенты включения контура со стороны У'* и со стороны входа следующего каскада; Li, i-2 - индуктивности катушки между соот- ветствующими отводами и землей. внутренней обратной связи. Однако эти цепи эффективны лии1Ь в относительно узкой полосе частот. Для увеличения устойчивого усиления можно также использовать каскодные схемы ОЭ-ОБ; ОИ-03; ОЭ-03 или ОИ-ОБ, которые при = 0,9 дают устойчивый коэффициент усиления Кко уот 0,45 I1 1I(I Y + Y21) 0,45\Y\/У\Уп I (5 10) Формулы (5.9) и (5.10) справедливы не только для однокаскадных, но и для многокаскадных УРЧ, если коэффициент усиления отдельных каскадов равен Ку, или Кнсусг В силу сказанного в начале проектирования надо подсчитать /Сует согласно (5.9). Если он окажется достаточно большим, то можно использовать однотранзисторные каскады, если нет, - перейти к каскодным схемам. Выбор активных элементов Если тип транзистора для УРЧ не задан, то для однотранзистор-ных каскадов надо выбрать транзисторы (микросхемы) с /у 21 З/о (5.11) I; где fvii - граничная частота крутизны характеристики в схеме с ОЭ, при которой Ул падает до 0,7 от своего низкочастотного значения, а /о таг - максимальная частота принимаемых сигналов. При выполнении этого неравенства больпшиство параметров транзисторов (микросхем) мало зависит от частоты, благодаря чему удается получить хорошее постоянство характеристик УРЧ в диапазоие частот. При использовании каскодных схем в УРЧ достаточно иметь [у21 > 2/о (5.12) Если в паспортных данных на ИС (транзистор) указан коэффициент шума (или он известен проектировщику из данных расчетов или экспериментов), то из отобранных по частотным свойствам типов микросхем (транзисторов) выбирают ту, для которой выполняется неравенство /V ,<AyP4. (5.13) где /Vg - коэффициент шума ИС (транзистора), а Л^урч - максимально допустимый коэффициент шума УРЧ. Для УРЧ, в которых нужно получить малый уровень шума, транзисторы можно отбирать, используя соотношение /У21 > / о max 8 Зак. (5.14) 225 При таком выборе коэффициент шума каскада на /о max возрастает не более чем в 2 раза по сравнению с коэффициентом шума на Для обеспечения наилучших конструктивно-эксплуатационных . характеристик УРЧ, среди ИС (транзисторов), удовлетворяющих приведенным условиям, следует выбрать тот тип, который имеет наименьшие стоимость, мощность источника питания и температурную нестабильность. Расчет элементов, обеспечивающих режим УРЧ Выбираем режим УП, причем если не предъявляются специальные требования (например, снижения потребляемой мощности питания или снижения уровня собственных шумов), то желательно использовать типовой режим, указанный в паспортных или справочных данных. После этого рассчитываем элементы схемы питания, обеспечивающие режим УП. При схеме питания от одного источника, показанной на рис. 5.1,0, которая обеспечивает термостабилизацию режима по постоянному току и параметров транзисторов б пределах от - 40° С до + 60° С, расчет ведется в следующей последовательности. Определяем изменение обратного тока коллектора (5.15) (5.16) A/kro = /kbo2<W- >. для германиевых транзисторов, Д/КБ0=/КБ0 2<~ ), для кремниевых транзисторов, где /кво - обратный ток коллектора при температуре Го = 293 К. Находим тепловое смещение напряжения базы At/эБ = т(Т„ах-7ш, ), (5.17) где V = 1,8 мВ/К. Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока А/к = /к (Т^шах - 7mfe)/ro. (5.18) Вычисляем сопротивления резисторов = [AU-s + (10 ... 20) А/кБо/§1,]/А/к, (5.19) (5.20) где i/кэ - напряжение на коллекторе в рабочей точке (если получим Rф О, то нужно увеличить Е^У, Rji2 = (0... 20) EJgnR J к, /?д1 = (10... 20) EJg (£ - R,I). (5.21) (5.22) Подсчитьшаем, емкости конденсаторов: Сб = Сэ 500/©о^?э, Сф = 50/о)о/?ф. (5.23) (5.24) Пример 5.1. Требуется рассчитать элементы питания транзистора ГТ313А, включенного по схеме рис. 5.1, а. Исходные данные: Е„ = 9 В; С/кэ = 5 В; /к == 5 мА; /кбо = е= 2 мкА; диапазон рабочих температур (- 40-j-60)° С; /о = 60 МГц; gij = 6 10-8 См. 1. Вычисляем по (5.15) А/кбо = 2 20.<ззз-2ЭЗ) = 32 мкА. 2. Находим по (5.17) А^/эб = 1,8 Ю (333 - 293) = 0,18 В. 3. Определяем по (5.18) Д/ = 5 10 (333 - 233)/293 s= 1,65 мА. 4. Рассчитываем по (5.19) /?э ь= [0,18-f 10 32 10-% х X 10-з]/1,65 . 10-3 = 150 Ом. 5. Находим по (5.20) R = 1(9 - 5)/5 10-1 - 150 = 650 Ом. 6. Находим по (5.21) R = Ю 9/6 10 . 150 5 10- е= 11,5 кОм. 7. Определяем по (5.22) = 10 9/6 10-з (9 - 150 5х X 10-3) = 1,25 кОм. 8. Рассчитываем по (5.23)-Сд = Сэ = 500/6,28 60 10 150 =. = 5250 пФ. 9. Вычисляем по (5.24) Сф = 50/6,28 60 10* 650 = 250 пФ. При исключении из цепей питания каскада, реализованного по схеме на рис. 5.1, а, конденсатора Сд (при параллельной подаче напряжения смещения на базу транзистора) уменьшается число деталей, но растет входная проводимость каскада на величину (1 ?д1)4- При схеме питания от двух источников (рис. 5.1, в), которая обеспечивает термостабилизацию режима и параметров транзистора в пределах температур от - 60 до + 60° С [8], расчет следует вести в следующей последовательности. Находим изменение обратного тока коллектора согласно (5.15) или (5.16), тепловое смещение напряжения базы At/gb согласи^ (5.17) и нестабильность коллекторного тока А/к согласно (5.18). Вычисляем сопротивление резистора R, = А^/эб/(А/к - А/кБо). (5.25) Если согласно (5.25) получим R < О, следует увеличить -А/к Или использовать транзистор с меньшим А/кбо- Рассчитываем напряжение источника Eu2 = RJkbo + Увэ, (5.26) где и^э находится по статическим характеристикам в исходном режиме. Определяем сопротивление резистора = (£ , + £ , - (Укэ) к! - (5.27) При /?ф < О увеличиваем щ- ВычисляемСэ и Сф согласно (5.23) и (5.24). При каскодной схеме рис. 5.5, а расчет элементов схемы питания аналогичен расчету схемы рис. 5.1, а. При каскодной схеме рис. 5.5, в расчет следует вести в следующей последовательности. Полагая, что транзисторы Т1 и Т2 одинаковы, вычисляем Д/кбо и AU-ъ согласно (5.15) - (5.17). Находим Д/к согласно (5.18) и Ra согласно (5.19). Определяем /?Ф = Ui, - 2/кэ) к1 -/?э- (5-28) Рассчитьгеаем У?1 = RoRsIk/E, (5.29) /?2 = RoUKs/En, (5.30) /?8 =/?о-/?,(5-31) - (10 - 20) EI/{2Uk3 + RJk) RUSn. (5-32) где Вычисляем емкости конденсаторов Сф - 500/(Оо/?ф, С, = Сз==С,-500/© /?э. (5.33) (5.34) Пример 52. Требуется рассчитать элементы питания каскада УРЧ выполненного по каскодной схеме на транзисторах ГТ313А (рис. 5.5, в). Исходиle данные: Е„ = -12 В; Укэг = /кэг = 5 В; /к = 5 мА; /кБо = 2 мкА; диапазон рабочих температур (-40 ... -1- 60) С; gi, = 6 мСм; /о = 60 МГц. Расчет. 1. Вычисляем по (5.15) Д/кво = 2 2 . ззз-293) = 32 мкА. 2. Находим по (5.17) AUt, = 1,8 10- (333 - 293) = 0,18 В. 3. Рассчитываем по (5.18) Д/к = 5 Ю'МЗЗЗ - 233)/293 -= 1,65 мА. 4. Определяем по (5.19) /?, = 10,18 + 20-32 ; 10- /6 X х10-1/1,б5 10-8 = 170 Ом. 5. Вычисляем (5.28) = 1(12-2 5)/5 Ю *}-170 = 230Ом. 6. Находим по (5.32) /? = 20 12V(2 5 230 5 10-) 230 X х5 10-=* 6 10- = 40 кОм. 7. Рассчитываем по (5.29) /?i = 40 170 5 - 10-V12 3 кОм. 8. Определяем по (5.30) R = АО - 10 5/12 16 кОм. 9. Вычисляем по (5.31) /? = 40 - 3 - 16 20 кОм. 10. Находим по (5.33) Сф = 500/6,28 60 10 230 = 580 пФ. 11. Определяем по (5.34) С^ = 500/6,28-60. 10 - 170 4350 пФ. т Последовательное питание каскодной схемы согласно рис: 5.5, в уменьшает число деталей, но увеличивает потребное напряжение источника питания. Если в качестве УП используется ИС, то обычно сопротивление резистора Р., служащее для термостабилизации, задается. Если 8Т0 сопротивление не задано, то его нужно определить и в остальном расчет вести, как описано ранее. При использовании в качестве УП полевых tpaH3HCTopoB с р-п-затвором также необходимо стабилизировать режим по постоянному току, так как полевые транзисторы, подобно биполярным, имеют большой разброс параметров и сильную их зависимость от окружающей температуры. Чтобы обеспечить малую зависи.мосгь параметров транзистора от температуры в любом выбранном режиме, используют термостабилизацию с помощью цепи отрицательной обратной связи по постоянному току истока (рис. 5.3). Для хорошей термостабилизации с помощью этой цепи сопротивление резистора /? , включаемого в цепь истока, должно быть значительным. Для обеспечения нормального режима в этом случае в цепь затвора подается дополнительное напряжение прямого смещения U, компенсирующее избыточное напряжение обратного смещения, возникающее на резисторе В этом случае ток стока можно определить по формуле /с нач = (/ С та x Ь Sua ч U)/(l + S M, (5.35) где /с max - ТОК В' рбжимб насыщения при Узи - 0; 5 ач - крутизна транзистора, измеренная при Узи = 0. При достаточно больших R w И ток стока /с нач стремится К постоянной величине /с цач IJiPa и не зависит от температуры. При и /стах/5нач ТОК стока будет достаточно стабилизирован-ным и Saaq МОЖНО считать постоянной. Дифференцируя в этих условиях выражение (5.35), получаем относительную нестабильность тока стока . die г.ч/д1с max = S/c а., = 1/(1 + S.RJ- (5-36) Отсюда находим /?, = (1 -й/с„ач)/5 ачб/снач. (5.37) Поэтому, задаваясь относительной нестабильностью тока стока (например, б/с нач = 0.1), из (5.37) находим необходимое значение Затем, используя (5.35), по полученно.му значениюнаходим значение U, которое обеспечит выбранный режим (ток 7е нач): = /? /с на, - (/с max - h. нач)/5 . (5.38) Это напряжение создается делителем Ri Ra с коэффициентом деления . а.= и/Е„. /:,(5.39) Цепи питания транзисторов с изолированным затвором проектируются подобным образом. Порядок расчета одноконтурных каскадов УРЧ Исходными данными для проектирования и расчета каскада УРЧ, которые получаются при составлении структурной схемы приемника, являются: - способ настройки контуров и граничные частоты диапазона /о,п1п и /отах (или грвничные чвстоты поддизпазонов в многодиапазонных приемниках); - эквивалентные затухания dgp и dgp контура каскада, которые обеспечивают требуемое ослабление зеркального канала Se на /отах и допустимое ослабление Scap на краях полосы приемника II - требуемый коэффициент устойчивости ky = 0,9; - допустимый коэффициент шума Мурч, - коэффициент усиления по номинальной мощности Кр урч; - собственное затухание контура каскада d; - напряжение источника питания Е^, - допустимые изменения показателей каскада при перестройке по диапазону Сначала выбираем схему каскада с ОЭ или ОИ. Загем выбираем тип транзистора, имеющего /yji З/о^ах, что позволяет получить слабую зависимость характеристик каскада от частоты. Определяем параметры выбранного транзистора согласно указаниям гл. 3. Одновременно находим параметры транзистора следующего каскада УРЧ или смесителя. Выбираем схему питания рис. 5.1, а или 5.1, в и рассчитываем ее элементы по формулам (5.15) - (5.24) или (5.15) - (5.27). Выбираем блок конденсаторов настройки согласно рекомендациям, изложенным в гл. 1. Выбираем индуктивность контура L равной вычисленной для входной цепи. Выбираем коэффициент подключения конгура к транзистору (рис. 5.16) в пределах т, =0,2 ... 1. (5.40) При этом нужно учитывать, что при переключении приемника на более коротковолновый поддиапазон скачком уменьшается L. В результате резко уменьшается эквивалентное сопротивление контура и, следовательно, уменьшается коэффициент усиления УРЧ. Чтобы выравнять усиление приемника по диапазону, нужно минимальное значение т, выбирать на низкочастотном поддиапазоне. На остальных поддиапазонах mj следует выбирагь так, чтобы выполнять условие о'о max i+l ~ 0) о max Г (5.41) Ле /Со/о max/. <0/о max/+1 - коэффициенты уСИЛеНИЯ УРЧ- ИЗ максимальных частотах i-ro и (i -{- 1)-го поддиапазоноа. 230 ч Полоса пропускания каскада П будет наименьшей при /о min, а ослабление зеркального канала Seg будет наименьшим при /отах-Поэтому если при составлении структурной схемы определено требуемое эквивалентное затухание контура dp, то выбираем из условия (5.42) Щ < т-ш = К{[(йэр-d)/2n/, LJ -mf gJ/g, Если каскад УРЧ должен обеспечить только полосу пропускания не менее П, то можно выбрать из условия 2 > Ща /{[(П о ,7Ип)-!/2л/о mlD L} - mi gebrx йвх2 (5.43) Если каскад УРЧ должен одновременно обеспечить полосу пропускания П и ослабление зеркального канала &ез , то рекомендуется выбирать из условия < та < т2.э„. (5.44) Если условие (5.44) выполнить не удается, то нужно изменить требования к П и каскада и повторить расчет согласно (5.42) - (5.44). Если каскад УРЧ должен обеспечить только наибольшее усиление, то следует использовать режим согласования f5] на средней частоте /о = 0,5 (/о шах + /о тщ). т. е. получить на этой частоте Иювых = §к + гсЯвхг- (5-45) При этом эквивалентное затухание контура dgp = n/fo = 2т?е§вых/й)оСэ = 2( + т|.)?яхг)тоСэ, (5.46) где Се - эквивалентная емкость контура. Отсюда получаем (5.47) (5.48) rrhc=Vl{U/U-2d\nf,Cjg : Эквивалентная емкость контура определяется выражением Сэ == = l/co*L. Теперь можно подсчитать резонансный коэффициент усиления каскада УРЧ на максимальной частоте поддиапазона по формуле Ко = I 21 I l 2U)o raaxZ-Zp. Z /y./>i,/njy где dap = d -Ь ©omaxZ (JgBbix + mlgBi- сравним /Со. полученный из (5.49), с Куст (5-9). Если окажется, что /Со < /Сует, то можно перейти к вычислению емкости подстроечного конденсатора (рис. 5.16) с помощью формулы Сп = Ссх ш1п - tniQ - IBfalX - fnC BJii Сд, где Ссх = 1/< о тахЕ -минимальная емкость контура каскада; Ск - минимальная емкость конденсатора настройки; Свых = Саг + - выходная емкость каскада с ОЭ или ОИ; Cbi = Cl, + C, - входная емкость следующего каскада; = = 3 ... 5 пФ - емкость монтажа и С/. - паразитная емкость ка-тушки, равная 3 ... б пФ для простой и 10 ... 20 пФ для многослойной намотки. Если получим Сп < О, следует изменить или nti. Если окажется, что Кусгг < /Со< (2 ... 3) Кусту то, уменьшая или ш^, можно снизить Ко ДО величины т^т^ = /СусЛр/1 211 ®о manL. (5.50) После этого нужно проверить соответствие mi и условиям (5.44) и (5.45).
Рис. 5.17. Эквивалентные схемы входной цепи каскадов УРЧ с ОЭ (а) и ОИ {fi). Далее необходимо найти эквивалентное затухание каскада d,p ш1 на частоте /о щ: 4р mln = + 2л/о mln (т^й'вых + /И^вха). (5.51) При 4р rnin < dgp п реко1ендуется уменьшить йщ , увеличивая число контуров преселектора или Sep (уменьшая 5епп)- После этого следует рассчитать ослабление Se сигналов мешающих каналов по формуле 5мк-/) +1к. (5.52) где ?мк = К/ У/о) (/о мк)1-ар - обобщенная расстройка для мешающего канал i; / - частота мешающего канала;- частота настройки контура каскада, ближайшая к / ; 4р - эквивалентное затухание каскада на частоте / Затем определяем коэффициент шума каскада Л^, пользуясь эквивалентной схемой входной цепи каскада резонансного усилителя с ОЭ (рис. 5.17, а). При настройке входного контура на частоту сигнала Л/ 1 + (н/gc) + r,{g. +g:.)/gc + G (1 + re (e +иШШо + - i-rcbU/gc+Ra,igc+g:.-hgnf/gc, . (5.53) где Сш 20/к (1 - ао)/(Хо (5.54) эквивалентная шумовая проводимость транзистора; /?ш 20/к/1 Kill (5.55) эквивалентное шумовое сопротивление транзистора; т-в, b, о l2il - параметры и ток коллектора транзистора; - = gcMbJilbx и = gjmlm - пересчитанные ко входу транзистора активные проводимости источника сигнала и входного контура. Выражение (5.53) получено в предположении, что (ЗщГб < 1. Если источником сигнала является настроенная антенна (в 1-м каскаде приемника), то входную цепь следует согласовать с ней для обеспечения режима бегущей волны в фидере. При оптимальном согласовании, подбирая /Пхвх и т^вх, можно снизить коэффициент шума до величины [6] Л/е ш1 = 2 [1 - 2rgr -f 2Сш6 (1-4 gn) + + 8(4+/?ш)(Я11 + Якаш), (5.56э) где 8к опт - §11 X V L J \ 8п J ёи 11 -1>0. (5.566) Для этого надо брать Если условие (5.56,6) не выполняется, то оптимальное согласование невозможно. При этом выбираем т^вх с - 1 и / laxc = VgiJgo если gc > gn (что обычно имеет, место). Если go < gm то выбираем ш, вх с = Ь а согласование обеспечиваем, выбирая Щвх с = VgJgiv При таком согласовании получаем Л?с = 1 + (6 + 4/?ш) §11 (1 + 6gu),+ ГбЬ:,1/§и. .(5,57) Наименьший коэффициент шума можно реализовать в режиме оптимального рассох лассваиия При этом ... /Vp, = 1 + 2 гбС„, + Ra£ii Ч-Сб + Кш) gc ontJi:; (5-5в) где . , , . gi опт = К(Сш + /-б . + ?п, gh)l(r6 + Для обеспечения такого режима надо выбирать mjBi рс = 1 и 1вжрс = 1§<:опт/ё^с. если g gcom ИЛИ liBxpc=l, 2BI PC = /gc/gconT, если go<gc Пр выбореи 2-го и последующего каскадов можно подсчи- тывать Л/ по формуле (5.53). Коэффициент усиления по номинальной мощности каскада с 03, необходимый для подсчета N многокаскадных УРЧ, определим по формуле iy2iP% g (l 2d/d3p) (5.59) в режиме согласования на выходе каскада. Для входной цепи каскада резонансного усилителя с ОИ (рис. 5.17, б) при настройке входного контура на частоту сигнала /д = 1 + (к + gjlg, + /?ш (Яс + + gnflgc, (5.60) где §зи = 0.12 (сооСзи)/21- В режиме согласования при /Ихвхс == V(gK+gnVgc и / гвхс = ~ 1 получаем коэффициент щума /Vc = 1 + (§к + gjl{g + gn) + 4/?ш (§к + gii). (5.61) В режиме оптимального рассогласования коэффициечт шума Достигает минимального зна1ения iVpc = 1 + 2/?ш§еопт, (5.62) где gc опт = (§к + ёГп)/! +(§к + ёзи) ?ш(йн + §и)- Для обеспечения такого режима надо выбрать /Иавх ре = и /Ихвх рс = Кёсопт/й'с- Если окажется, что /(о > (2 ... 3) то нужно перейти к каскодной схеме ОЭ-05 или ОИ-03, выбрав транзисторы согласно (5.12). Затем находим параметры транзисторов, пользуясь рекомендациями, изложенными в гл. 3. Если выбирается схема цепей питания, аналогичная показанной на рис. 5.5, а, то перерасчета элементов цепей питания не требуется; если же выбирается схема, аналогичная показанной на рис. 5.5, в, то нужно произвести перерасчет согласно (5.25) - (5.34). Выбор блока конденсаторов и катушки индуктивности L ведется так же, как описано ранее, а расчет и выполняем согласно (5.44) - (5.50). Резонансный коэффициент усиления каскодной схемы /Соке = KoiKoi = I 21111 J2i! гЩт^аУо ша xLldvgbxz, (5.63а) где Ко1 и /(02 - коэффициенты усиления 1-го и 2-го каскада; ёвхг - входная проводимость 2-го каскада. В схемах с двумя одинаковыми транзисторами (gBX2- 21 I К оке эр. (5 636) Затем сравниваем Кока, полученный из (5.63а) или (5.636), с/(кс уст. подсчитанным согласно (5.10). При Ко тЖс уст Рекомендуется снизить Кокс. До/С„с уст уменьшая т^, или лучше mj. При этом нужно проверить соответствие коэффициента подключения т-а условию (5.44). Емкость подстроечного конденсатора равна Сш1п = С'схЪЛи'- Ск т1л - fnlCsut - /и^Свх - Си (5.64) где Свых = Си + Си - выходная емкость каскада с ОЭ-ОБ или ОИ-03. Вычисляем dap min на /о min и сравниваем его с dgp п-Рассчитываем коэффициент шума каскодной схемы в режиме еогласования на входе 1-.го транзистора N = {1 + (Гб + 4/Jgii-f + tCm (1 + ГбЫ' + + + I4g (Сш + +R,\Yn\ )У I 11 (5-65) При OTcyTctBHH этого согласования коэффициент шума подсчиты-вается по формуле N N,+ (N- 1)/Kpu (5.66) где iVi и iVa - коэффициенты шума соответственно 1-го и 2-го каскадов; Kpi - коэффициент усиления по номинальной мощности 1-го транзистора (5.59). Коэффициентом шума каскадов, следующих за 1-м, можно пренебречь. Пример 5.3. Требуется рассчитйть каскад УРЧ радиовещательного приемника 1 класса (средневолнового поддиапазона), работающий на транзисторный смеситель. Исходные данные: диапазон принимаемых частот от /о min = = 500 кГц до /отах = 1680 кГц; эквивалентное затухание контур каскада dgp = 0,11; dgp = 0,03; собственное затухание контура d = 0,01; требования к уровню шума не заданы. 1. Выбираем для УРЧ и смесителя транзистор ГТ308А, который имеет /г21 > З/о max- Поэтому параметры транзистора можно считать не зависящими от частоты в рассматриваемом поддиапазоне. По графикам рис. 3.6 определяем § = 1,5 мСм; Си = 90 пФ, §22 = 0,3 мСм; Саа = 20 пФ; Ki = 80 мСм; К,а| = 0,1 мСм; /к = 3 мА; ао = 0,98; = 50 Ом. В смесительном режимеgu = = 1,2 мСм. 2. Выбираем схему питания, аналогичную показанной на рис. 5.1, а, и рассчитываем ее элементы по формулам (5.17) - (5.26). 3. Согласно рекомендациям, изложенным в гл. 1, выбираем трехсекционный блок конденсаторов настройки с параметрами Ск тш== = 12 пФ и Ск max = 495 пФ. 4. Берем индуктивность контура L = 190 мкГ, равную вычисленной для входной це ш. 5. Выбираем коэффициент подключения т^ = 0,2. 6. Вычисляем коэффициент подключения по (5.42) = Y{[(0,11 -0,01 )/6,28-1,68-10 -190-10- ]-0,22.-0,3. Ю }/1,2- Ю = 0,17. 7. Рассчитываем на /о max (5.49) Kv = 80 10- 6,28 1,б8х ХЮ . 190 10- 0,2 0,17/0.11 47. 8. Определяем по (5.9) /Сус^ 0,45 V80 10-V0,1 10~ га 13. 9. Так как Ко > /Сует- переходим к каскодной схеме ОЭ-ОБ на тех же транзисторах ГТ-308А. 10. Выбираем схему цепей питания, аналогичную показанной на рис. 5.5,6 и пересчитываем ее элементы согласно (5.25) - (5.34). 11. Определяем параметры составного транзистора Кгакс = 12 = 0,1 мСы; С,2 = 0,2-20 = 4 пФ. 12. Берем блок конденсаторов, индуктивность контура и ко-Э(ффициент подключения согласно схеме с ОЭ. 13. Вычисляем по (5.4) = K{U0,ll-0,01)/6,28-1,68.10 -190-10- 1-0,2-0,110- }/1,2-10~ 0,22. 14. По форгмуле (5.63а) находим коэффициент усиления каскодной схемы KoJ= 80 10-3 0,2 0,22 6,28 1,68 10* 190х X 10-6/0,11 60. 15. Пользуясь (5.10), определяем К:,с уст 0.45 80 Ю'Чх хУ0,1 10-8 . 0,36 . 10-3 == 180. 16. Поскольку /С„с уст > /Соке, оставляем каскодную схему С подсчитанными параметрами. 17. Вычисляем по (5.64) С„ = 53 - 12 - 0*2* 9 - 0,222- 90 - - 3 ?а 3 пФ. - . . 18. Находим коэффициент шума каскодной схемы при согласовании на входе, пользуясь соотношениями (5.54), (5.55) и (5.65): б™ = = 20 - 3 . 10-3 (1 - 0,98)/0,98 1,23 - 10- См; = 20 -..ЗХ XlO-W . 10- = 9,4 Ом, Л/2 = {1 + (50 + 4 9,4) . 1,5 10- -f .11,23 Ю (1 -f 50 X X 1,5 X 10-3)2 50 (528 10 1680 - 90 10- )!/1,5 10 -4- --f [4 - 1,5 10-3(1,23 . 10-8 + 50 . 6,28 - 1680 - Ю** 90 lO-i -г + 9,4 - \,5 - Ю'-У/гО . 10-в 2,112 на fo = 1680 кГц. На /о = 500 кГц получим меньший коэффициент; шума N. 19.- По формуле (5.51) определяем = 0,01 + 6,28 500Х Х10 - 190 10-е (02 . 0,3 . Ю- + 0,22 .1.2 - 10- = 0,04, так, как dap > 4р ii. то оставляем .выбраьный преселектор. 236 Т1 L Pit] Г R3 CS2 Рис. 5.18. Схема УРЧ с резонансным контуром в коллекторной цепи. ЛЛ. УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА Транзисторы, применяемые в УРЧ приемников дециметровых волн, должны иметь хорошие усилительные свойства, небольшой коэффициент шума и малую емкость обратной связи между выходной и входной цепями. Граничные частоты транзисторов должны превышать максимальные частоты усиливаемых сигналов, т. е. выбраны согласно (5.13) и (5.14). Транзисторы в таких УРЧ обычно включают по схеме с ОБ. Это объясняется тем, что в схеме с ОЭ с ростом частоты быстро падает коэффициент устойчивого усиления каскада. В схеме с ОБ коэффициент устойчивого усиления каскада падает медленнее и на дециметровых волнах оказывается большим, чем Б каскаде с ОЭ. Кроме того, в схеме с ОБ данный транзистор можно использовать на более высоких частотах, чем в схеме с ОЭ, так как граничная частота усиления по току в схеме с ОБ выше, чем в схеме с ОЭ. В то же время нужно учитывать, что уровень шумов каскада с ОБ больше, а коэффициент усиления по мощности меньше, чем каскада с ОЭ. Однако с ростом частоты коэффициент шума каскада с ОЭ растет быстрее, чем каскада с ОБ. Нагрузкой усилительного каскада может быть одиночный контур (рис. 5.18) или пара связанных контуров (рис. 5.19). Функцию индуктивности выполняет отрезок коаксиальной, полосковой или микрополосковой линии с распределенными постоянными. Отрезок линии берется короткозамкнутый четвертьволновый (рис. 5.18, 5.19, б) или разомкнутый полуволновый (рис. 5.19, а). Настройка контуров производится с помощью конденсатора переменной емкости, функцию которого может выполнять полупроводниковый диод (варикап). Связь между контурами осуществляется с помощью петли связи LcBi или отверстия связи / в перегородке между камерами, в которых расположены контуры (рис. 5.19). Рассмотрим эквивалентную схему усилительного каскада с одиночным контуром в коллекторной цепи (рис. 5.20). Суммарная емкость контура Co = m]C2-i(, + Ск + т^Свх- Характеристическое сопротивление контура равно р = 1/©оСо = 1/wo (mJCaao + С„ + т|Св). (5.67) Условие настройки контура на частоту / для короткозамкнутого отрезка четвертьволновой линии с волновым сопротивлением W р Г tg (2л УгЦК), что эквивалентно индуктивности контура Эквивалентчое затухание контура равно +п? С4. nffi- (5.68) (5.69)  1 -- к R5 RS Рис. 5.19. Схема УРЧ с парой связанных контуров на огрелках полуволно- вых (а) и четвертьволновых (б) линий. где rfg226 ~ !§22бР; rfgBx = ИгвхР; d - собственное затухание контура (рассчитывается по формулам гл. 3). Полоса пропускания контура на уровне отсчета 3 дБ П = 4/о. (5.70) Эквивалентная проводимость контура на резонансной частоте (5.71)   Рис, 5.20. Эквивалентная схема одноконтурного УРЧ. Рис. 5.21. Эквивалентная схема входной цепи и одноконтурного УРЧ. Коэффициент усиления каскада по напряжению Ко = /Их/Иг I 21611ь- (5.72) Коэффициент устойчивого усиления определяется из следующих соображений. Работу усилителя с ОБ можно считать устойчивой, если изменение суммарной проводимости входного контура в пределах полосы пропускания уси- лителя не превосходит допустимой величины. Из двух контуров - входного и выходного (рис. 5.21) - последний, как правило имеет более узкую полосу пропускания. Поэтому изменение проводимости входного контура рассматривается в полосе пропускания выходного
Рис. 5.22. Эквивалентная схема УРЧ с парой связанных контуров в коллекторной цепи. контура. В математической форме эти условия записываются следующим образом. : Суммарная проводимость входного контура при нйстройке кон-Tjpob в резонанс равна §01 , Re (Удгб 216) 1(11 + gii6- Здесь первое слагаемое представляет собой проводимость источника сигнала, пересчитанную к входным зажимам транзистора; второе - проводимость входного контура, пересчитанную к входным зажимам транзистора; третье - проводимость транзистора, обусловленную обратной связью по току в режиме короткого замыкания; четвертое - проводимость, обусловленную обратной связью за счет Yis, gn - проводимость нагр узки, пересчитанную к выходным зажимам транзистора, равная для схемы рис. 5.21 = 226 + gozlmnS) + gBX m(2)/mi(2), (5.73) для схемы рис. 5.22 gl, = 226 + igoi + ОэгР) ?. Суммарная проводимость входного контура при расстройке, равной полосе пропускания выходного контура на уровне 3 дБ, рав- Gf = gmaMh) + goMki) + gn6 - - (Re {Y Y s) + Im (YyfY ,)Wgs. Суммарная проводимость входного контура, очевидно, изм^ няется на величину Работу усилителя можно считать устойчивой, если G/Gf, > или ДС < (1 - ky) G . Преобразуя последнее выражение, получаем формулу для коэффициента устойчивого усиления схемы (при расчетах можно принимать ky = 0,8 ... 0,9): Ky 2{l~ky)x . (5.74) (5.75) (5.76) Ослабление зеркального канала, даваемое каскадом, 6Х„ = GJ\ со Со-(1/Г) ctg (2я/ё/Аз ). Для каскада УРЧ с парой связанных контуров в коллекторной цепи (рис. 5.22) характеристические сопротивления контуров равны Pi = 1/ о (Сагб ! + С, ); Р2 = 1/о)о (СвЖ + Ск.,). При настройке контуров в резонанс на частоту fo Pi= ir tg {2пУг1,11,)- p, - W tg (2n]/e/,/U откуда следует Эквивалентное затухание контуров = doi -h mlg226Pi, Лг == do2 + /П^вхР . (5.77) (5.78) Полоса пропускания каскада на уровне отсчета 5 £Б П = foYd2 Уф-Р^р) + К(Р^-hf -И I + Г, (5.79) где Р - параметр связи и Э„р = /0,5 (ddg + rf324i)-Эквивалентные проводимости контуров Gn = dai/pi = mlg225 + gou <3э2 = dJpimlgBx + go2- (5.80) Коэффициент усиления каскада равен Ко = пц пц I К„б I /(1 + pn/G G . (5.81) Коэффициент устойчивого усиления с некоторым запасом рассчитывается по формуле (5.74). Ослабление зеркального канала = /l+{f(4/ oK3i42)~(P-Pp)f-(P-A%n/(I + PT. (5.82) Коэффициент шума каскада с ОБ el (5.83) где gn = g mf(i,/mid,; g6i = ЯоА?In)-, /?m и Сц, определяются из соотношений (5.55) и (5.54). Коэффициент шума достигает минимального значения при оптимальной величине проводимости источника сигнала опт I/ + /?ш Kgiie+g2i6) + й 11 с! + б &т 1 б Требуемое значение g опт можно получить с помощью коэффициентов трансформации тц!, либо m2(i), которые будут соответственно равны m 1,1, опт = 1 )Vg отШю 2(1, опт = 1 (I)Кби/и При этом значение коэффициента шума рассчитывается по формуле + (-б + ш)ис.ит1- (5-85) Коэффициент передачи усиления по номинальной мощности каскада с ОБ, в общем случае равен (5.86) 241 а в режиме согласования на входе К Р ном с - 4116 226 (5.87) Пример 5.4. Требуется рассчитать УРЧ, выполненный на транзисторе ГТ341А по схеме с ОБ (рис. 5.19,6). Исходные данные: частота настройки усилителя /о = 400 МГц; полоса пропускания П = 11 МГц; частота настройки УПЧ /п= = 25 МГц; режим работы транзистора /э = 3 МА. /кэ= 5 В. Параметры транзистора в схеме с общей базой для заданных режима и частоты настройки: У 5 =(5,56 - j30,7) мСм; IVizgI = =0,36 10-3См; = (0,12 - j0,34) мСм; У^хб! = 18 Ю- См; = (7 + jl6,6) мСм; Re (У.о^гю) = 4,58 10- См; У.б = = (0,84 -f j4,2) мСм; Im (Уггеа^е) =-4,38 10 См Входная проводимость следующего каскада^ (преобразователя частоты) Увхпч = (3,9 - ]30) мСм. Шумовые параметры транзистора Гд = = 30 Ом, Яш = 158 Ом, Сщ = 3,6 10-3 См. Контуры усилителя выполнены на четвертьволновых отрезках несимметричной полосковой лини с твердым заполнением. Волновое сопротивление линии W = 100 Ом. Собственное затухание ее d = 0,0017. Резонансная проводимость ненагруженного -контура go = 25 10 См. Относительная диэлектрическая проницаемость е = 4,2. Параметры контура входной цепи усилителя: длина линии / = = 38,8 мм; линия эквивалентна индуктивности Z. - 30 нГ; коэффициенты трансформации тк!) = 0,153, mad) =0,19 Проводимость источника сигнала g = 13,3 10т^ См. Параметр связи р принимаем равным 1,1 -г 1. Принимаем эквивалентную емкость контуров Coj = С02 = = Со = 5 пФ. 2. Характеристическое сопротивление контуров р, = = р = -!--=. 1/2.3,14.400-10 -5-10- == 80 Ом. 3. Длину отрезков линии рассчитываем из условия настройки контуров на частоту /о = 400 МГц (5.77): 0,75 6,281/4,2 arctg 6,28-400.10ч.102-5-10-12 = 38,8 мм. 4..Эквивалентные затухания контуров определяем нзусловия получения заданной полосы (5.79). Принимаем dgj = dg = dg. При этом Ркр = 1 и = 11/40оК(1, Р~ 1) +1/ (1, Р-1)2 -f (I + 1, ly = 0,018. 5. Эквивалентная проводимость контура (5.80) 0 - Gg.j = G = djp = 0,018/80 = 0,225 Ю-з См. 6. Коэффициенты включения контуров (5.80): ]/0,225.10-3-25.10-а од85; V 0,86-10- = т l/0.225-10-3-25.10- V 3,9.10-3 7. Коэффициенты усиления УРЧ (5.81) 1,1 о,485-0,226-18.10- о ~ l-fl,12 0,225-10-3 = 4,4. 8. Коэффициент устойчивого усиления (5.74) при ky = 0,8 и а' = 0/86 .10- -f (25 . 10- -f 0,225 Ю * i,P)/0,485 = 2,ll X ХЮ- См: /(,., = 2(1-0,8)18.10- X Ауот / 0,485 4,58-10-Ч-4,38.10-8 0.4.8,35-!t-- -4Д; 4,.8.10-° 2,И.10- 3,96 Т. е. /Сует Ко- 9. Для реализации коэффициентов включения контуров mi и т^ определяем расстояние от замкнутого конца линии до точек подключения транзисторов (3.54): 0,75 . [г.,or . б,28/4~2-38,8-10- \ . arcsin 0.485 sin --!-=-- 1 == 13,3 мм. /, 2 = 6,2мм. i 6,281/4,2 10. Избирательность УРЧ по зеркальному каналу (5.82) Se = KHr{((4,25/400-0,018)MI.l-l)f-(l,l~l)n/(l + I,l) = = 80, или 5ез = 38 дБ. П. Коэффициент щума усилителя (5.83) при gg = 13,3(0,8)* = = 8,5 . 10-3 См- \!;у/ = 0,7 . 10- См: , 1 . 0,7 , 30(0.7-1-8,5)8.10-3 , 30(30,7)2-10-3 , , 3,6-11-f 30(8,-Ю,7).10-3) 158[(8.54-0,74-5,56-f7)-K16,6)2110-8 8,-5 8,5 12,452. 243 1 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 25 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||