Как определить полосу пропускания усилителя

1 Как определяется полоса пропускания усилителя?

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ или ДИАПАЗОН УСИЛИВАЕМЫХ ЧАСТОТ — область частот, в которой коэффициент усиления изменяется не более, чем это допустимо по техническим условиям. Допустимые изменения коэффициента усиления в пределах полосы пропускания зависят от назначения и условий работы усилителя. Обычно считается допустимым ослабление уровня сигнала на 3 дБ (2^0.5 = 0,707 раз) по сравнению с максимальным значением на резонансной частоте (частотах). Ширина полосы пропускания определяется как разность между верхней fв и нижней fн граничными частотами. B=fв-fн.

Где используются комплементарные транзисторы.

Комплементарные транзисторы – транзисторы с одинаковыми показателями, но с разной проводимостью. Например, транзисторы КТ814 и КТ815: они имеют одинаковую мощность, все остальные параметры также идентичны, но их проводимость различна: n-p-n и p-n-p. Используются в двухтактных схемах, в которых необходимость использования трансформатора отпадает.

2.

3 Дано:

4 Частотные характеристики сау

Рассмотрим набор частотных характеристик:1. Амплитудо-фазочастотная характеристика (АФЧХ) — представляет собой геометрическое место точек концов векторов, соответствующие комплексному коэффициенту передачи при изменении частоты от 0 до +

2. Амплитудочастотная характеристика. Представляет собой зависимость отношений амплитуд выходного сигнала к входному при изменении частоты.

модуль комплексного коэффициента передачи A()=|W(j)|

3. Фазочастотная характеристика. Представляет собой зависимость угла сдвига фаз м/у входным и выходным сигналами в зависимости от частоты. Определяется аргументом комплексного коэффициента передачи.

Re(ω) — вещественная частотная характеристика – зависимость вещественной части ККП от частоты.

Im(ω) — мнимая частотная характеристика – зависимость

Логарифмические частотные характеристики

ЛЧХ – это АЧХ и ФЧХ, построенные в логарифмическом масштабе.

В логарифмических координатах кривизна характеристик изменяется таким образом, что существует возможность замены плавной кривой набором ломаных линий, т.е. существует возможность упрощенного построения. Логарифмическаяамплитудо-частотная характеристика

Логарифмическая АЧХ (ЛАЧХ) строиться в виде зависимости величины 20lgA() от частоты и обозначается L().  L()=20lgA(). Такая характеристика показывает, как изменяется мощность сигнала при прохождении через звено. Имеет размерность [Бел].

Логарифмическая фазочастотная характеристика

ЛФЧХ представляет собой зависимость угла сдвига фаз от логарифма частоты и строится в логарифмическом масштабе.

5. Мнимая частотная х-ка

1 Как определяется уровень нелинейных искажений по динамической характеристике?

При прохождении сигнала через усилитель его форма подвергается изменению. Эти изменения называют искажением сигнала. Искажения сигнала называют линейными, если при передаче его через усилитель спектральный состав не меняется; и нелинейными, если при передаче чрез усилитель спектральный состав сигнала изменяется. Появление нелинейных искажений обусловлено нелинейностью передаточных характеристик усилительных элементов. Для оценки нелинейных искажений пользуются коэффициентом гармоник Кг, равным отношению действующего значения высших гармоник выходного напряжения (или тока) к действующему значению первой гармоники при подаче на вход усилителя гармонического сигнала:

где U1 – действующее напряжение первой гармоники, U2… Un – действующие значения второй и других высших гармоник.

Где используется схема с ОК.

В этом каскаде основной резистор, с кот снимается выходное напряжение, включен в эмиттерную цепь, а коллек-тор по пере-менной составляющей тока и напряжения соединен непосредственно с общей точкой усилителя, так как падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника коллекторного напряжения от переменной составляющей тока незначительно.

Эмиттерный повторитель обладает большим входным и малым выходным сопротивлениями. Следовательно, его коэффициент усиления по току может быть очень высоким. Эмиттерный повторитель (так называют схему с ОК) обычно применяют для согласования высокоомного источника усиливаемого напряжения с низкоомным нагрузочным устройством. В усилительных каскадах с общим коллектором, температурная стабилизация обеспечивается основным резистором R_Э, включенным в эмиттерную цепь.

2.

3

МЕТОД РАСШИРЕНИЯ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ С ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Белоусов Егор Олегович, Тимошенко Александр Геннадиевич

Рассмотрен усилитель с переменным коэффициентом усиления для применения в составе системы автоматической регулировки усиления радиоприемного устройства. Представлен метод расширения полосы пропускания для обработки широкополосных сигналов на промежуточной частоте при работе с сигналами миллиметрового диапазона длин волн.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Белоусов Егор Олегович, Тимошенко Александр Геннадиевич

ПРИМЕНЕНИЕ УДВОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ НА ДВУХ ТРАНЗИСТОРАХ ДЛЯ ГЕТЕРОДИНА СМЕСИТЕЛЯ
Наноэлектроника — основа компонентной базы современной радиотехники

Однокристальный приемный модуль со встроенной антенной на диапазоне частот 66-67 ГГц для систем сотовой связи 5G

Проектирование КМОП ОУ с напряжением питания 1 в
Многофункциональные СВЧ — преобразователи частоты
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

BANDWIDTH INCREASE METHOD FOR VARIABLE-GAIN AMPLIFIERS

A variable-gain amplifier for using in the automatic gain control system of a wideband wireless receiver has been considered. The bandwidth increase method for processing broad-band signals at the intermediate frequency with signals of the wave-length millimeter range has been presented.

Текст научной работы на тему «МЕТОД РАСШИРЕНИЯ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ С ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ»

Метод расширения полосы пропускания усилителей.

Рис.1. Каскад с переменным КУ: а — усилитель с диодной нагрузкой; б — схема СОС

Изменение управляющего тока, вытекающего из выходного узла каскада, вызывает смещение рабочей точки на выходе усилителя. Это приводит к изменению крутизны транзисторов М4, М5 и протекающего через них тока. Так как транзистор M2 имеет малое значение проводимости сток-исток, получившийся сдвиг рабочий точки будет мало влиять на величину протекающего через него тока. Таким образом, отношение крутизны входного и нагрузного транзистора, от которого зависит КУ, изменяется в пределах от 1,21 до 2,57. Увеличение диапазона перестройки КУ возможно с использованием схемы СОС [7] (рис.1,б) .

Зависимость характеристик каскада, включающего схему СОС, от управляющего тока. Небольшое рассогласование токов в выходном каскаде может привести к смещению рабочей точки усилителя, что позволяет использовать схему СОС для расширения диапазона КУ. Схему усилителя с диодной нагрузкой (см. рис.1,а) совместим со схемой СОС (см. рис.1,б). При увеличении вытекающего из выходного узла управляющего тока понижается синфазный потенциал в выходном узле. Это приводит к понижению напряжения смещения, подаваемого на затвор транзистора-источника тока Mi, также увеличивается ток, текущий через M4. В результате понижается крутизна транзистора M2.

Архитектура усилителя с переменным КУ. Усилитель с переменным КУ состоит из трех последовательно включенных каскадов (рис.2). Два из них обеспечивают изменение коэффициента усиления в широком диапазоне, а последний каскад — симметричное распределение КУ усилителя относительно 0 дБ и имеет фиксированный КУ (~20 дБ). Это уменьшает влияние эффекта Миллера, ограничивающего полосу пропускания второго каскада из-за дополнительной емкостной нагрузки, образованной паразитной емкостью затвор-исток. КУ каскадов управляется напряжением Vc, подаваемым на транзисторы-источники тока Mi4, M2i, M23, M30, и напряжением Vb на транзисторах-ограничителях тока Mi3, M20, M22, M29.

Методы расширения полосы пропускания усилителя с переменным КУ. Каждый из каскадов с переменным КУ имеет малое выходное сопротивление за счет диодного включения нагрузочного транзистора. Кроме того, размеры транзисторов каскада невелики, что обеспечивает широкую полосу пропускания таких каскадов не менее 2,8 ГГц. При последовательном включении каскадов с переменным КУ к емкостной нагрузке на выходе каждого каскада добавляется паразитная емкость затвора входного транзистора последующего каскада. Полоса пропускания одного каскада составляет 2,79 ГГц, двух каскадов — 1,33 ГГц, трехкаскадного усилителя — 600 МГц.

Е.О. Белоусов, А.Г. Тимошенко

Рис. 2. Электрическая схема трехкаскадного усилителя с переменным коэффициентом усиления

Методы расширения полосы пропускания путем добавления в схему резонансных контуров позволяют увеличить полосу пропускания до 1,8 раз [8], тогда как в радиоканале, организованном согласно стандарту ЕСС/ЯЕС/(05)07 [9], полоса сигнала может превышать 2 ГГц. Одним из способов достичь достаточной полосы пропускания для работы с подобным широкополосным сигналом является использование параллельно включенных усилителей, полосы пропускания которых сдвинуты относительно друг друга путем добавления соответствующих индуктивностей в выходные узлы каждого каскада (рис.3).

Рис. 3. Способ увеличения полосы пропускания усилителей

Коэффициент передачи каскада становится больше единицы только в окрестностях резонансной частоты контура, образованного индуктивностью Ь и паразитной емкостью Ср1 в выходном узле каждого каскада. Каждый из параллельно включенных усилителей УОЛ^ (см. рис.2) становится узкополосным.

Результаты моделирований. График зависимости коэффициента передачи и полосы пропускания от управляющего напряжения показан на рис.4. Коэффициент усиления схемы варьируется в пределах от -44 до 40 дБ, при этом полоса по уровню -3 дБ изменяется в пределах от 600 МГц до 1,8 ГГц, потребляемая мощность равна 8,1 мВт. Усилители с такой полосой пропускания могут применяться в составе СВЧ-приемника для сетей миллиметрового диапазона длин волн [9]. Дальнейшее увеличение полосы пропускания с использованием данных методов приведет к увеличению нелинейности коэффициента усиления более чем на 1 дБ и к возникновению пика фактора на выходе приемника. Искажение сигнала, ограниченного по пиковому уровню, приведет к невозможности определения амплитудно-фазового мгновенного положения сигнала, что вызовет ошибку в выходном потоке данных. Для увеличения полосы пропускания усилителя необходимо использовать другие методы и технологии.

Метод расширения полосы пропускания усилителей.

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Управляющее напряжение, В

Рис.4. Зависимость коэффициента передачи и полосы пропускания от управляющего напряжения схемы на основе СОС

Разработанный по КМДП-технологии с проектными нормами 0,18 мкм усилитель имеет большой диапазон перестройки КУ (от -44 до 40 дБ), широкую полосу пропускания (от 0,6 до 1,6 ГГц) и малую потребляемую мощность (8,1 мВт) при напряжении питания 1,8 В. Для достижения большого диапазона перестройки КУ в каждый каскад добавлена схема СОС. Усилитель состоит из четырех каскадов, включая входной каскад, обеспечивающий согласование импеданса.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2013 годы» (ГК№ 14.514.11.4072).

1. Zheng Y., Yan J., Xu Y. A CMOS VGA With DC offset cancellation for direct-conversion receivers // IEEE Trans. Circuits and Systems-I: Regular Papers. — 2009. — Vol. 56. — N 1. — Jan. — P. 103-113.

2. Duong Q-H., Le Q., Kim C-W., Lee S-G. A 95-dB linear low-power variable gain amplifier // IEEE Trans. Circuits and Systems-I: Regular Papers. — 2006. — Vol. 53. — N 8. — Aug. — P. 1648-1657.

3. Liao Y., Tang Z., Min H. A Wide-band CMOS Low-Noise Amplifier for TV Tuner Applications // IEEE Asian Solid-State Circuits Conference. — 2006. — Nov. — P. 259-262.

4. Harjani R. A low power CMOS VGA for 50 Mb/s disk drive read channels // IEEE Trans. Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing. — 1995. — Vol. 42. — N 6. — Jun. — P. 370-376.

5. Razavi B. RF Microelectronics. — Prentice Hall PTR, 1998. — 345 p.

6. Differential CMOS current-mode variable gain amplifier with digital db-linear gain control // A. Ravindran, E. Vidal, S.-J. Yoo et al. / Analog Integrated Circuits and Signal Processing. — 2004. — Vol. 38. — Is. 2-3. — Feb. — P. 161-174.

7. Allen P.E., Holberg D.R. CMOS Analog Circuit Design. — 2nd ed. — Oxford University Press, 2002. — 784 p.

8. Lee T.H. The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits. — Cambridge University Press, 2001. — 598 p.

9. Radio frequency channel arrangements for fixed service systems operating in the bands 71-76 GHz and 81-86 GHz // ECC Recommendation (05)07. — Dublin, February 2009. — 12 p.

Статья поступила 16 апреля 2013 г. Белоусов Егор Олегович — аспирант кафедры телекоммуникационных систем МИЭТ. Область научных интересов: аналоговые высокочастотные интегральные КМДП-схемы, элементы радиотракта. E-mail: egor_belousov@edu.miet.ru

Тимошенко Александр Геннадиевич — кандидат технических наук, доцент кафедры телекоммуникационных систем МИЭТ. Область научных интересов: проектирование радиочастотных СБИС и СБИС смешанного сигнала для телекоммуникаций, схемотехника аналоговых и радиочастотных устройств, сложнофункцио-нальные блоки и модели элементов и устройств телекоммуникации, функциональная электроника и новые материалы в микроэлектронике.

Применение удвоителя частоты на двух транзисторах для гетеродина смесителя

В.А. Романюк, Аунг Бо Бо Хейн

Национальный исследовательский университет ««МИЭТ»

Предложена электрическая схема смесителя частот миллиметрового диапазона длин волн на полевом транзисторе с удвоителем частоты на двух дополнительных транзисторах, работающих при противофазном возбуждении. Схема смесителя оптимизирована в программе «Microwave Office» с целью получения наибольшего усиления преобразования.

Ключевые слова: микроволновый смеситель, моделирование, Microwave Office.

В смесителях миллиметровых волн целесообразно применять гетеродины, частота колебаний которых меньше (fc — _/пр). Такие гетеродины более стабильны и проще в изготовлении. Кроме того, благодаря большой разнице в частотах сигнала и гетеродина, в подобных смесителях уменьшается вклад шума гетеродина в шум смесителя и увеличиваются развязки гетеродин-сигнал и сигнал-гетеродин.

Наиболее часто применяют схемы смесителей, в которых частота колебаний напряжения гетеродина в два раза меньше, чем требуемая обычно. Благодаря нелинейности переходной характеристики транзистора, при подаче на вход транзистора напряжений сигнала и гетеродина ток стока содержит спектральную составляющую, равную fc — 2 f Однако непосредственное подключение гетеродина с половинной частотой колебаний к смесителям, рассчитанным на применение гетеродина с частотой колебаний напряжения, равнойf — f^, не позволяет получить положительное значение одного из основных параметров смесителя — коэффициента передачи мощности

где Рпр — мощность колебаний промежуточной частоты; Рс — мощность радиосигнала. На частотах миллиметрового диапазона длин волн подобные смесители являются пассивными. Для работы с половинной частотой гетеродина целесообразно построение специальных схем.

© В.А. Романюк, Аунг Бо Бо Хейн, 2013

Полоса пропускания (усиления), линейные искажения.

Величина Ко указывает наибольшее значение коэффициента усиления каскада на резонансной частоте /о, а значения частот /„ и /_в определяют нижнюю и верхнюю частоту границ полосы пропускания А/=/,-/„ (усиления) усилителя из условия допустимого снижения коэффициента усиления, обычно составляющего 0,707 Ко (в логарифмических единицах это соответствует уменьшению усиления на 3 дБ). Фактически это означает замену реальной АЧХ некоторой эквивалентной прямоугольной АЧХ (отмечена штриховой линией на всех рисунках) приближенно соответствующей реальной с точностью, составляющей ЗдБ. Применение многозвенных фильтров или использующих пьезоэлектрические свойства материалов, преобразующих электрические сигналы в акустические волны или механические колебания, позволяет получить АЧХ фильтров (усилителей) с коэффициентом прямоугольности близким к единице (рис.9.2б). Наибольшей широкополосностью обладают резисторные каскады (рис.9.2в), спад АЧХ которых в низкочастотной части объясняются реактивными компонентами схемы, а в верхней — частотными свойствами АЭ.

Амплитудно-частотные характеристики позволяют вычислять коэффициент линейных (частотных) искажений (М), возникающих на любой частоте

где К — коэффициент усиления по напряжению на частоте, на которой оцениваются искажения; Ко — максимальный коэффициент усиления. Чем значение М ближе к единице, тем меньше линейные искажения, вызванные изменением соотношения между составляющими спектра при прохождении усилителя (составляющие, расположенные ближе к границам полосы пропускания усиливаются меньше). Как видно из (9.6) выражение для коэффициента линейных искажений противоположно выражению для нормированного коэффициента усиления

В этом случае нормированная АЧХ, например, для рис.9.2в не принимает значений (рис.9.За), больших единицы

В логарифмических единицах нормированный коэффициент усиления и коэффициент линейных искажений принимают вид:

Как видно из рис.9.За, в некоторой области изменения частоты входного сигнала, несколько меньшей полосы пропускания АЧХ усилителя остается постоянной, что указывает на отсутствие влияния реактивных компонентов усилителя на его частотные свойства (у — действительная величина). На фазочастотной характеристике (ФЧХ), зависимости разности фаз между напряжениями (токами) на входе и выходе усилителя, ему соответствует плоский участок на сплошной линии (усилитель обладает чисто активными свойствами). Там где влияют реактивные параметры усилителя, приводя к комплексному характеру коэффициента передачи (у), возникают фазовые сдвиги между выходным и входным напряжениями (сплошная линия, рис.9.36) — область частот вблизи/,’,и/_в. Для идеального усилителя (рабочая полоса частот (О. оо, Гц) с постоянным коэффициентом усиления Ко) ФЧХ обладает постоянным наклоном (штриховая линия, рис.9.36), обеспечивая постоянный фазовый сдвиг между выходным и входным напряжениями, что соответствует одинаковому запаздыванию всех частотных составляющих спектра входного сигнала, т.е. отсутствие фазовых искажений.

Как определить полосу пропускания усилителя

УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ

НАЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Усилители радиочастоты (УРЧ) следуют непосредственно за вход­ной цепью приемника и выполняют многочисленные функции, основ­ными из которых являются следующие: усиление принимаемых сиг­налов на несущей частоте, необходимое для увеличения реальной чувствительности радиоприемного устройства за счет увеличения отношения мощности полезного сигнала к мощности шумов; обеспече­ние избирательности радиоприемника к сильным помехам, вызываю­щим нелинейные эффекты, избирательность по побочным кана­лам приема, таким, как зеркальный канал и канал на промежуточной частоте (избирательность УРЧ по соседнему каналу, как правило, не­велика); ослабление паразитного излучения гетеродина через входную цепь и антенну.

УРЧ классифицируются в зависимости от типа усилительного прибора: транзисторные, ламповые, на туннельном диоде, параметри­ческие. УРЧ делятся на резонансные и апериодические. В резонансных УРЧ в качестве резонансного элемента используются колебательные контуры различного вида. Такие УРЧ обладают частотной избира­тельностью. Апериодический УРЧ не содержит колебательного кон­тура и поэтому избирательностью не обладает. Как правило, УРЧ содержит один-два каскада. Большее число каскадов усложняет на­стройку и снижает устойчивость работы УРЧ.

Для оценки УРЧ используются следующие основные качественные показатели.

1. Коэффициент усиления напряжения

Для многокаскадного УРЧ общий коэффициент усиления

(9.1)

где n — число каскадов.

При изменении настройки резонансного усилителя его коэффици­ент усиления изменяется. На резонансной частоте сопротивление парал­лельного колебательного контура становится максимальным и чисто активным. При изменении частоты в ту или иную сторону от резо­нансной коэффициент усиления уменьшается, так как уменьшается сопротивление контура. Коэффициент усиления на частоте резонанса называется резонансным и обозначается Ко.

К₀ = Y ₂₁ R _э p ₁ p ₂

2. Коэффициент усиления мощности определяется как отношение выходной мощности на нагрузке усилителя к входной мощности усиливаемого сигнала:

В многокаскадных усилителях общий коэффициент усиления мощности рассчитывают по формулам

(9.2)

3. Избирательность показывает, насколько уменьшается коэффициент усиления на частоте мешающего сигнала (например, соседнего или зеркального) по сравнению с коэффициентом усиления на частоте основного канала приема. Формула для избирательности имеет вид

(9.3)

где К₀ — коэффициент усиления на частоте резонанса; К — модуль коэффициента усиления на частоте, на которой измеряется избира­тельность. Избирательность в многокаскадном усилителе находится по формулам

(9.4)

где n — число каскадов УРЧ.

4. Полоса пропускания характеризует широкополосность УРЧ. Под шириной полосы пропускания понимается полоса частот, на гра­ницах которой коэффициент усиления снижается до определенного значения относительно резонансного значения. Часто ширину полосы пропускания определяют на уровне 0,707 (3 дБ) от максимального коэффициента усиления напряжения Ко. Если усилитель характери­зуется коэффициентом усиления мощности, то полоса пропускания отсчитывается на уровне 0,5 от максимального.

5. Искажения сигналов в УРЧ могут быть трех видов: амплитуд­но-частотные, зависящие от формы резонансной характеристики УРЧ; фазово-частотные из-за нелинейности фазово-частотной харак­теристики УРЧ; нелинейные искажения за счет нелинейности рабочего участка амплитудной характеристики УРЧ. Нелинейные искажения в УРЧ, поскольку входные сигналы очень малы, незначительны.

Частотные искажения определяются формулой:

6. Коэффициент диапазона частот, равный отношению максималь­ной частоты диапазона к минимальной частоте: К_д = f_max/f_min. Этот показатель используется только для диапазонных УРЧ. Его значе­ние должно быть таким же, как у входной цепи.

7. Устойчивость работы характеризует способность УРЧ сохра­нять основные показатели (частоту настройки, коэффициент усиле­ния, полосу пропускания, форму резонансной характеристики и др.) при изменении условий окружающей среды, например температуры, или изменении напряжения питания.

При возникновении ПОС происходит самовозбуждение УРЧ. Причины возникновения ПОС:

а- через полную проводимость обратной передачи УП Y ₂₁ ;

б- через общий источник питания;

в- через взаимодействие цепей емкостного и индуктивного характера.

Коэффициент устойчивого усиления:

Должно выполняться условие: К₀ ≤ К_УСТ.

8. Коэффициент шума, который является важным показателем для радиоприемников высокой чувствительности, например радиолока­ционных.

УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ ТРАНЗИСТОРНЫХ РАДИОПРИЕМНИКОВ

Общие сведения. В транзисторных радиоприемниках для приема сигналов AM используются как резонансные, так и апериодические усилители радиочастоты (УРЧ). Резонансные УРЧ чаще всего одно­контурные: В большинстве случаев УРЧ работает в широком диапа­зоне частот, что не позволяет полностью устранить влияние обратной проводимости транзистора и обеспечить устойчивость его работы. Для повышения устойчивости работы УРЧ его коэффициент усиления сни­жается за счет выбора коэффициентов включения.

Сравнительно низкое входное сопротивление транзисторов и малое выходное сопротивление следующего каскада шунтируют контур, ухуд­шая его добротность. Для уменьшения шунтирующего действия выход­ного и входного сопротивлений транзисторов на контур используется слабая связь с контуром за счет коэффициентов включения m₁ и m₂. Наибольшее применение получили автотрансформаторная и трансфор­маторная схемы включения.

Транзисторы чаще всего включаются по схемам ОЭ (общий эмиттер), ОИ (общий исток для полевых), обеспечивающим наибольший коэффи­циент усиления мощности при сравнительно небольшом уровне соб­ственных шумов. Схема с общей базой (ОБ) обладает большей устой­чивостью, но меньшим по сравнению со схемой ОЭ входным сопротив­лением. Поэтому коэффициент включения приходится брать мень­ше, следствием чего является потеря усиления по мощности.

Широко применяются каскодные схемы УРЧ, имеющие большой коэффициент усиления и высокую устойчивость.

Перестройка УРЧ в рабочем диапазоне частот осуществляется конденсатором переменной емкости, переменной индуктивностью или варикапами.

При настройке УРЧ в пределах одного диапазона или поддиапа­зона конденсатором переменной емкости коэффициент усиления УРЧ увеличивается с ростом частоты за счет увеличения резонансного со­противления контура. С ростом частоты настройки увеличивается также и полоса пропускания.

Изменение температуры окружающей среды влияет на параметры транзисторов, а следовательно, и на параметры УРЧ. Отсюда выте­кает необходимость стабилизации режима работы транзисторов. В транзисторных УРЧ с этой целью используются эмиттерная, коллек­торная или комбинированная схемы стабилизации. Транзисторы выби­раются высокочастотные или сверхвысокочастотные из условия

(9.59)

где f_mах — максимальная частота рабочего диапазона; f_h21б — предель­ная частота усиления по току для схемы ОБ.

Транзисторы в УРЧ работают в режиме малого сигнала, так как на вход поступают амплитуды порядка единиц микровольта или милли­вольта. Режим транзистора по постоянному току выбирается при токе покоя коллектора в несколько миллиампер на участке характеристики с наибольшей крутизной (рис. 9.12). Большее значение коллекторного тока нецелесообразно по причине возрастания потребляемой от источ­ника питания мощности, а также увеличения уровня шумов. При меньшем значении коллекторного тока крутизна характеристики малая и усилительные свойства транзистора плохие. Максимально допусти­мое напряжение между коллектором и эмиттером Um max должно пре­вышать напряжение питания Еи:

(9.60)

Резонансный одноконтурный УРЧ с автотрансформаторным вклю­чением контура.

Схема такого УРЧ представлена на рис. 9.13. В этой схеме используется автотрансформаторное включение в коллектор­ную цепь транзистора и во входную цепь следующего каскада. Такую связь называют двойной автотрансформаторной. В случае использования полевого транзистора коэффициент включе­ния m₂ из-за большого входного сопротивления полевого транзистора принимается равным единице (полное включение).

Необходимое напряжение питания подается через катушку кон­тура Lк. Величину напряжения на коллекторе выбирают из условия

(9.61)

где Еа — напряжение источника питания.

Для обеспечения выбранного режима работы транзистора служат резисторы R_э, R_д1, R_д2 и R_ф, обеспечивающие стабилизацию режима работы.

Рассмотрим принципы действия каскада. При подаче на вход УРЧ сигнала между базой и эмиттером транзистора происходит соответ­ствующее изменение тока базы, эмиттера и коллектора. Для постоян­ной составляющей коллекторного тока сопротивление катушки неве­лико и падением напряжения на ней можно пренебречь. Для перемен­ной составляющей коллекторного тока при условии, что резонансная частота контура совпадает с частотой входного сигнала, контур имеет большое резонансное сопротивление R_peз = Q_экωL_к и за счет этого на нем создается падение напряжения с частотой усиливаемого сиг­нала. Выходное напряжение через отвод в катушке L_K подается на вход следующего каскада.

Попадающие на вход усилителя сигналы других частот не будут создавать того же эффекта, так как сопротивление контура для этих частот будет значительно меньше резонансного сопротивления.

Апериодические УРЧ.

Эти УРЧ применяются в простых переносных транзисторных радиоприемниках. Нагрузкой такого УРЧ служит ре­зистор R_K (рис. 9.14). Отсутствие колебательного контура лишает апериодический каскад частотной избирательности. Как правило, в схеме радиоприемника имеется один апериодический каскад УРЧ.

Тип транзистора выбирают так же, как в резонансных УРЧ. Назна­чение элементов апериодического каскада такое же, как в резонансном УРЧ.

Принцип действия апериодического УРЧ не отличается от прин­ципа действия резисторного каскада низкой частоты.

Коэффициент усиления апериодического УРЧ практически постоя­нен в рабочем диапазоне частот, несколько уменьшаясь на верхней частоте диапазона за счет влияния входной емкости следующего кас­када, на который нагружен апериодический каскад.

Каскодная схема УРЧ.

Такой схемой называется схема, в которой используется две различных схемы включения усилительных прибо­ров. Наиболее распространены комбинации схем включения общий эмиттер — общий коллектор (ОЭ—ОК) для транзисторных схем, общий катод — общая сетка (ОК—ОС) для ламповых схем и общий исток — общий затвор (ОИ—03) для схем на полевых транзисторах. Таким образом, в каскодной схеме имеется два усилительных при­бора.

Каскодные схемы сочетают в себе высокие усилительные свойства схемы включения с общим эмиттером (катодом, истоком) и значитель­ное входное сопротивление с высокой устойчивостью схемы с общей базой (сеткой, затвором).

Каскодные схемы применяются в УРЧ телевизионных и радиове­щательных приемников, а также в интегральных микросхемах. Схема каскодного УРЧ на транзисторах приведена на рис. 9.15. Режим работы транзистора Т₁ обеспечивается за счет разности падений напряжения на резисторах R₂ и R_эк (U_бo = U_R2 — U_Rэк — напряжение смещения). Напряжение смещения на базе транзистора Т2 обеспечивается за счет разности падений напряжения на резисторе R’₂ и напряжения на кол­лекторе транзистора T₁.

Транзистор Т₁ включен по схеме с общим эмиттером, транзистор Т₂ — по схеме с общей базой (за счет конденсатора С_б2). Нагрузкой транзистора T₁ является входное сопротивление транзистора Т₂. Колебательный контур L_KC_K включается в цепь коллектора полностью, поскольку выходное сопротивление транзистора довольно велико. Назначение элементов R_ф и С_ф такое же, как в обычном каскаде УРЧ.

Выходной сигнал снимается с контура посредством катушки связи L_CB (трансформаторная связь) или отвода от катушки (автотрансфор­маторная связь).

УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ НА ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ

Применение интегральных микросхем позволяет выполнять микро­миниатюрные УРЧ. Для радиоприемников промышленность выпус­кает несколько серий интегральных микросхем (ИМС), применение

которых позволяет создать радиоприем­ник, почти полностью собранный на ИМС. Широко известными являются, например, такие серии ИМС: К218, К228, К237 — для радиовещательных, К224 — для телевизионных приемников и др.

В УРЧ микросхема используется в качестве усилительного прибора. Коле­бательные контуры используются обыч­ные.

Наиболее распространенными типа­ми ИМС являются каскодные схемы (К2УС241, К2УС247, К2УС283) и дифреренциально-каскодные (К2УС246, 2УС282). Дифференциально-каскодные схемы (балансные) удобны тогда, когда в УРЧ предусматри­вается автоматическая регулировка усиления.

Пример выполнения диапазонного УРЧ на микросхеме 2УС283 показан на рис. 9.18.

Основные качественные показатели микросхемы следующие: тран-зисторы типа КТ307 (бескорпусные), первый транзистор включен по хеме ОЭ, второй — по схеме ОБ; коэффициент усиления напряжения нe менее 50; диапазон рабочих частот 0,15—110 МГц; напряжение питания ± 6,3 В; потребляемый ток около 5 мА; входное сопротивление (на частоте 60 МГц) не менее 200 Ом; выходное сопротивление 100 кОм. Принципиальная схема УРЧ на микросхеме К2УС283 дана на рис. 9.19.

Входной сигнал от контура входной цепи через катушку связи L_CBl подается на вывод 1 микросхемы, а напряжение смещения величиной —6,3 В — на вывод 7. Вывод 5 соединяется с корпусом при помощи блокировочного конденсатора С_бл. Напряжение коллекторного пита­ния подается на вывод 12. Катушка контура подключается между выводами 14 и 10, вывод 10 соединен с корпусом конденсатором филь­тра С_ф, для того чтобы потенциал этого вывода по переменному току

был равен нулю. Настройка и подстройка контура осуществляются соответственно конденсаторами С_к и С_п. Выходной сигнал через ка­тушку связи L_CB2 подается на следующий каскад. Подключение осталь­ных выводов показано на схеме рис. 9.19.