4. Усилители радиосигналов
4.1 определение, назначение, основные параметры и классификация УРС.
УРС– устройство, обеспечивающее усиление сигнала на принимаемой частоте и частотную избирательность по побочным каналам приема.
Назначение:
1. обеспечение такого усиления, чтобы с шумами последующих преобразовательных каналов можно было не считаться (особенно важно для диапазона СВЧ).
2. Обеспечение частотной избирательности по побочным каналам приема (особенно по З.К. и П.П.).
3. иметь как можно меньше К шума, так как УРС вносит основной вклад в коэф. шума.
Параметры УРС:
1.Резонансный коэфф. Передачи (усиления по U, по P) (1).
2.Собственный Коэфф. Шума N.
3.Избирательность по побочным каналам приема d=(1)
4.Перекрытие заданного диапазона частот Кпд= (2)., где Фс мин, Фс макс – частоты, при которых УРС обеспечивает заданные параметры.
5.Динамический диапазон Д=(2)
6. Уровень искажений сигнала ( лин. част, лин фаз. и нелин.).
7.Устойчивость работы – обеспечение постоянства параметров УРС при действии дестабилизирующих факторов и отсутствие склонностик самовозбуждению.
1. По числу каскадов а).однокаскадные, б).многокаскадные.
2. По виду и характерам нагрузочных цепей отдельных каскадов а).одно–или многоконтурные,б). перестраиваемые в диапазоне частот или с фиксированной настройкой, в). с резонансной или нерезонансной нагрузкой
3. По типу используемых усилительных приборов а). На невзаимных трехполюсных усилит. приб. (бип. Тр–ры, полев. Тр–ры, эл. Лампы), б).на 2–х полюсных Эпр с параметрическим управлением – параметрические усилители (осуществляют преобразование энергии вспомогат. Источника переменного напряжения. Которое управляет параметрами 2–хполюсника, в энергию усиленного сигнала), в). на 2–х полюсных Эпр с отрицательным сопротивлением – на туннельных диодах (осуществляют преобразование ист. Постоянного тока в энергию усиленного сигнала), г). на лампах бегущей волны (ЛБВ, мазеры и т.д.).
4. По числу усилительных приборов в каскаде и по способу их включения а).однотранзисторные (ОЭ, ОБ, ОИ, ОЗ), б). Каскодные (ОЭ–ОБ, ОИ–ОЗ), в). дифференциальный каскад и т.д.
5. По виду связи усилит. Прибора с нагрузкой и источником сигнала а).с трансформ. Связью, б). с автотрансформат, в). с емкостным делителем, г). с непосредственной связью.
6. По способу питания усилит. Прибора а).с последоват пит., б). с параллельным пит.
Рис 4.1.
4.2 Принципы работы и схемы УРС
Обобщенная структурная схема УРС показана на рис.4.2
Рис.4.2
На примере однокаскадного УРС с автотрансформаторной связью рассмотрим основные элементы схемы
Рис. 4.3.
Здесь Rф – выбирается из заданного гашения лишнего напряжения, Urф=1..2В. Сф>= Cр>= Cp>=, где минимальн.– минимальная раб частота усилителя. Ссх–паразитная емкость монтажа., Rвх.с.к. – сопрот. Входа следующ. Каскада. (1)
Схема УРС с трансформаторной связью на входе и последовательным питанием
Рис. 4.4
Схема УРС с трансформаторной связью на выходе
Рис.4.5.
Остальные схемы аналогичны ранее приведенным или как ВЦ.
Одним из важнейших требований является обеспечение широкого динамического диапазона, чтобы исключить искажения сигнала.
От типа Упр ДД может быть получен такой.
Рис.4.6
4.2.Обобщенная эквивалентная схема УРС и его коэфф. Передачи
Обобщенная эквивалентная схема УРС с усилительным элементом с ОЭ и индуктивной связью с катушкой показана на рис. 4.7
Рис.4.7.
Здесь Y1=Y*1+Y22,а Y*1– учитывает дополнительную проводимость в коллекторной цепи, g–собственная проводимость контура, Y2– проводимость нагрузки.
Данная схема справедлива для любого каскада с резонансным усилением – обобщенная схема.
Тогда К= , коэфф. Вкл. р1= и р2 = (1).
Тогда К= (2).
Если пересчитать проводимости к выходу усилительного элемента и с учетом, что Y– комплексная проводимость контура, тогда комплексный коэффициент предачи К= (3), где Yэ – эквивалентная проводимость контура
4.4 Резонансный коэффициент усиления и полоса пропускания УРС (на примере с ОЭ)
При резонансе все реактивности компенсируются. Тогда Yэ–>Gэ, а Gэ=(4). Дэ–эквивалентное затухание контура (нагруженного контура), РО– характеристическое сопротивление=WoL/
Тогда Ко= (5) – результирующий резонансный коэфф. Передачи УРС в схеме с ОЭ.
Проанализируем данное выражение Дэ – практически постоянно. А при перестройки С Ко растет. Тогда для сохранения равномерного Ко при переходе на новый диапазон нужно уменьшить L, но при этом Ко скачком изменится.
Рис.4.8
Полоса пропускания определится аналогично ВЦ.
Пэ=(6).
4.5 Избирательные свойства УРС
Аналогично ВЦ избирательность УРС с одиночным контуром Д= (7).
Например избирательные свойства по зеркальному каналу Дзк=(7), где = (7) – обобщенная расстройка по ЗК.
ФЧХ одиночного контура ФИ=(8).
Особо необходимо остановиться на УРС с трансформаторной связью усилительного прибора с избирательным контуром.
Рис.4.9
Свых и Lсв образуют контур, имеющий собственную резонансную частоту fвых=(9), где Свых – сумма: межвитковая емкость, емкость монтажа, емкость коллектора.
Тогда Ко=(10). Коэфф. Включения р1=(11).
Возможно 3 режима работы:
1. Wвых принадлежит рабочему диапазону. Этот режим не используется, т.к. велика неравномерность Ко.
2. Режим укорочения Wвых>Wo. Тогда Ко при перестройке по диапазону растет. Режим большого укорочения Wвых>>Wо. Тогда Ко=(1). Здесь видим, что Ко пропорционален частоте.
3. Режим удлиннения Wвых<Wo. Тогда Ко при перестройке по частоте уменьшается. При большом удлиннении Wвых<<Wо резонансный коэф. Ко=(2), видим, что Ко обратно пропорционален частоте.
На практике можно пользоваться любым режимом, но обычно выбирают режим противоположный режиму ВЦ для компенсации неравномерности Ко.
4.6 Максимальный коэффициент усиления при произвольной полосе пропускания УРС с ОЭ
Рассмотрим частные случаи согласования контура со входом и выходом и как меняется Ко из (1).
1. Условие согласования с источником сигнала (3). Для этого требуется (4), но это условие трудновыполнимо на практике, поэтому этот режим не используется.
2. Условие согласования с нагрузкой (5). Для этого требуется (6), что легко выполнимо на практике и широко используется.
Подставим р2опт и р1=1 в Ко и получим Комакс=(7).
Часто g<<G1 тогда Кпред=(8).
Оценим полосу, подставим значения коэфф. р1=1 и р2опт в формулу для Пэ (6 со стр.3) и получим Пэ=(9), т.е. при обеспечении максимального усиления резко уменьшается избирательность (расширяется полоса относительно полосы собственно контура).
4.7 Максимальный коэффициент усиления при заданной полосе пропускания
Полоса пропускания задается в виде требуемого подавления на частоте зеркального канала (например 60дБ). Зная dзк можно определить КСИ, зная КСИ можно определить Дэ. Условие Дэ<= Дзк.
Полоса определяется как и раньше Пэ=(10).
Условие максимальной передачи мощности (11) при минимальном расширении полосы.
Найдем р1опт и р2опт путем поочередного подставления (11) в Пэ.
Из 1–го получим р1опт=(12) и р2опт= (12).
Подставим их в Ко получим Комакс для заданной полосы =(13).
Вывод: при обеспечении заданной полосы пропускания и получения макс коэф. передачи необходимо использовать катушки с высокой добротностью.
4.8 Устойчивость УРС
Устойчивость – отсутствие самовозбуждения и изменения параметров за время эксплуатации.
4.8.1 Изменение параметров – стабильность параметров: а).коэфф. передачи и б). формы АЧХ.
Стабильность формы АЧХ определяется стабильностью частоты настройки F и стабильностью полосы пропускания dF.
А).Однако самое сильное влияние на характеристики устойчивости УРС оказывает изменение коэф. передачи – сильнее других параметров.
При слабой связи УП с контуром можно принять, что относительное изменение коэф. передачи определяется (1).
При сильной связи, когда р1, р2 –>1, то приходится учитывать влияние проводимостей УП и следующего каскада на Ко.
Прямая проводимость УП в значит. Степени определяется режимом его работы по пост.току. а значит обеспечение стабильности рабочего тока – это главное в обеспечении устойчивости УРС.
Для стабилизации режима по пост. Току применяют:
1. ООС по току за счет Rэ, т.е. схема включения выглядит на рис.4.10.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.