электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 
Главная / Электронные приборы / Транзисторные усилители / Усилители высокой частоты на транзисторах

Усилители высокой частоты на транзисторах

К усилителям высокой частоты на транзисторах относятся резонансные усилители, которые обеспечивают на высокой частоте (до десятков мегагерц) достаточно устойчивое усиление при заданных значениях полосы пропускания и избирательности.

В усилителях высокой частоты, выполненных на транзисторах, сильно сказывается влияние входной емкости и входного сопротивления (входной проводимости) следующего каскада. Кроме того, на усилительные и избирательные свойства усилителя оказывают влияние также выходная емкость и выходное сопротивление самого транзистора.

Для ослабления шунтирующего действия одного каскада на другой используют либо неполное подключение контура (как со стороны входа следующего каскада, так и со стороны выхода транзистора), либо трансформаторную связь между каскадами. Наиболее часто встречаются усилители высокой частоты на транзисторах, собранные по схеме с общим эмиттером. Однако, начиная с нижней частоты метрового диапазона н особенно при необходимости обеспечения равномерного усиления в достаточно широком диапазоне частот применяют схему с общей базой.

 

В качестве примера на рис. 192, а приведена схема усилителя высокой частоты, собранного по схеме с общим эмиттером. Назначение элементов схемы, определяющих режим работы усилителя, то же, что и в усилителях низкой частоты, рассмотренных ранее. Элементы контура L, С, С1, С2 выполняют те же функции, что и в ламповом усилителе высокой частоты.

На рис. 192, б показана полная эквивалентная схема усилителя для переменного тока высокой частоты. При анализе работы усилителя целесообразно сопротивления и емкости цепей входа и выхода пересчитать в контур. Эквивалентная емкость контура Сэ является суммой емкости самого контура Ск, представляющего собой последовательное соединение С, С1, С2, емкости С'вых - р21Св и емкости С'вх - р22Св (рис. 192, в).

Рис. 192. Резонансный усилитель высокой частоты: а — основная схема; б, в, г — эквивалентные схемы.

Добротность нагрузочного контура с учетом потерь, вносимых в него сопротивлениями Rвх и Rвых определяется по формуле

                           (365)

где Qэ — добротность эквивалентного контура; rк — активные потери контура;  — активные потери, вносимые в контур входным сопротивлением следующего каскада с учетом шунтирующего сопротивления делителя R'1 и R'2 — активные потери,  вносимые  в контур выходным сопротивлением транзистора; rэ — потери эквивалентного контура; dэ — затухание эквивалентного контура.

Так как rэ = rк + r1+ r1 = dэρ, то

Источник тока SUвх, заменяющий в эквивалентной схеме транзистор (см. рис. 192, в), подключенный автотрансформаторно к нагрузочному контуру, можно заменить эквивалентным источником тока Sp1Uвх, полностью подключенным к контуру. Это осуществлено на эквивалентной схеме, представленной в окончательном виде на рис. 192, г. Напряжение на контуре Uк определяется произведением тока Sp1Uвх на полное сопротивление контура Zэ:

Uк = р1SUвхZэ = Iкρ.                             (366)

Напряжение на выходе усилителя высокой частоты на транзисторах Uвых составляет часть напряжения на контуре, пропорциональную коэффициенту включения контура;

Uвых = p1p2SUвхZэ.

Отсюда коэффициент усиления по напряжению

При резонансе

                                (367)

Так как р1 и р2 — постоянные величины, а крутизну S тоже можно считать не зависящей от частоты в пределах рассчитываемого диапазона, то нетрудно прийти к выводу, что с увеличением частоты настройки контура коэффициент усиления возрастает, поскольку уменьшается емкость переменного конденсатора контура.

 

Но одновременно с увеличением рабочей частоты увеличиваются вносимые в контур потери r1 и r2 за счет уменьшения Rвх и Rвых, поэтому эквивалентное затухание контура dэ также возрастает. К концу диапазона возрастание коэффициента усиления может прекратиться и даже начать уменьшаться (рис. 193).

Рис. 193. Зависимость коэффициента усиления, полосы пропускания и затухания контура усилителя на транзисторах от частоты.

Полоса пропускания усилителя связана с затуханием эквивалентного контура следующим соотношением:

2ΔF = ƒрdэ

Таким образом, с увеличением частоты настройки и ввиду увеличения при этом затухания контура полоса пропускания усилителя возрастает. При расчете усилителя высокой частоты на транзисторах значение dэ на наинизшей рабочей частоте диапазона должно обеспечить заданную полосу пропускания усилителя 2ΔF. Тогда на остальных частотах диапазона полоса пропускания будет не меньше заданной. Однако величину dэ не следует выбирать слишком малой, так как для этого придется выбирать и слишком малые значения коэффициентов включения контура р1 и p2, что приведет к снижению усиления.

Определим теперь влияние этих коэффициентов на усилительные свойства каскада. Для удобства анализа приведем формулу (367) к более удобному виду:

                           (368)

Для того чтобы найти оптимальное значение коэффициента включения контура ри продифференцируем последнее выражение по рх и, приравняв производную нулю, найдем

                           (369)

Подставив это значение p1опт в формулу (368), получим

                             (370)

Максимальный коэффициент усиления Kр1 макс имеет место при р2 = 1:

                            (371)

Аналогичным образом можно получить выражение для оптимального значения коэффициента включения контура Р2опт

                              (372)

и для коэффициента усиления

                            (373)

Максимальный коэффициент усиления Kр2 макс имеет место при р1 = 1:

                         (374)

При включении транзисторов по схеме с общим эмиттером и с общей базой Rвых >Rвх и Kр1 макс > Kр2 макс.

Таким образом, для получения наибольшего усиления следует применять полное включение контура (р2 = 1) со входом следующего каскада и подбирать оптимальную связь р1опт с выходом транзистора. Однако при этом резко ухудшаются избирательные свойства усилителя. Поэтому на практике часто применяют условие р1 = 1, а р2 <1. Это сопровождается некоторым снижением усиления, но зато избирательность усилителя повышается.

Для  получения хорошей избирательности задаются условием р1<1 и р2< 1.

Такое подключение контура увеличивает стабильность настройки и усиления. При этом эквивалентная полная емкость    контура  Сэ = С +р21Свых + р22Свх в меньшей степени зависит от емкостей Свых и Свх, величины которых определяются режимом работы транзисторов.

Из-за наличия емкости Сбк и проводимости gбк в усилителях возникает обратная связь, которая нарушает устойчивую работу усилительного каскада и может привести к его самовозбуждению. Для устранения этой обратной связи применяют различные схемы нейтрализации влияния и gбк. Наиболее распространенной является мостовая схема нейтрализации.

 

С помощью дополнительного отвода L4 от контурной катушки и элементов схемы Сн и Rн (как было показано на рис. 192, а пунктиром) в схеме усилителя образуется мост (рис. 194), который может быть уравновешен соответствующим подбором Сн и Rн. При балансе моста связь между входными и выходными цепями исчезает.

Рис.194. Мостовая схема нейтрализации.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр