сель высокой частоты. Тогда усилитель имеет более узкую полосу пропускания.
Сетка лампы Л2 имеет положительный потенциал относительно земли, но она отрицательна по отношению к катоду. По перемен ному напряжению сетка заземлена при помощи конденсатора Cg. Таким образом, первый триод имеет заземленный катод, а вто рой— заземленную сетку. Очень.наглядно это видно на эквивалент ной схеме усилителя (рис. 2.138).
|
ивых |
Нагрузка |
| |
|_ усилителр_ |
Рис. 2.138. Эквивалентная схема каскодного уси лителя с непосредственным соединением триодов
Рассматриваемую схему избегают называть двухкаскадным уси лителем, хотя в принципе это возможно. Для этого следует пола гать, что анодной нагрузкой первой лампы служит входное сопро тивление второй лампы.
Если усилительная лампа работает в линейном динамическом
режиме, то для нее верно |
следующее уравнение: |
lmt |
= |
S(Umg-DUmt). |
Применительно к лампе Л\ это уравнение записывается так:
/т.1 = 5 1 ( £ / | Я г 1 |
- А ( / Я 1 а 1 ) . |
(2.236) |
Для лампы Л2 имеем: |
|
|
|
/та2 = S2 (Umg 2 - |
D2 |
Umt 2 ) . |
(2.237) |
На практике лампы каскодного усилителя всегда |
одинаковые |
(половины двойного триода). Поэтому |
S\ = S2 = S, a |
DX=D2 = D. |
ПОСКОЛЬКУ трИОДЫ ВКЛЮЧеНЫ Последовательно, ТО 7?nal = Ana2 = /ma.
Приравнивая уравнения (2.236) и (2.237), имеем:
|
и„ |
D-U„ |
Umg2~D-U |
ша2- |
Из |
схемы усилителя следует, что |
|
|
|
Ала2 — ^1ma\ ~\~ Ana ' R9 |
(2.238) |
Из |
уравнения |
(2.237) имеем: |
|
|
|
г, |
5 • Umg 1 Лла |
|
|
|
|
S-D |
|
Но |
поскольку |
потенциалы сетки лампы Л2 |
и катода лампы Лх |
неизменны, то Ume2 |
= Umai. |
|
|
Поэтому
|
Uта1) |
5 |
• f/mai |
' ht |
(2.239) |
|
|
S |
. |
D |
|
' m a 2 — |
|
|
|
Приравнивая |
уравнения |
(2.239) и |
(2.238), |
получим |
S " UтА |
Лна = |
S • D ( t / m a l |
-\- I,„а • R3). |
Если учесть, |
что S — -^, |
a D = |
|
, то после несложных ариф |
метических преобразований |
определяем: |
|
|
|
|
R3 |
+ Ri |
(2.240) |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1та |
г - |
|
|
"~1 |
|
|
|
|
|
|
|
и .
т вых
Рис. 2.139. Эквивалентная схема каскодного усилителя с непосредственным соединением триодов
Но из уравнения (2.236) имеем:
|
|
|
S-U, nig |
1 |
'ma |
(2.241) |
|
|
|
|
|
|
Поэтому, |
приравнивая |
уравнения |
(2.240) и (2.241), находим |
амплитуду анодного |
тока |
|
|
|
|
Поскольку |
всегда |
рС^>1, |
a Umgi = |
UmBX, то с достаточной точно |
стью имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V-2' Um |
вх |
|
(2.243) |
|
|
|
|
|
|
На основании этого уравнения получается эквивалентная схема каскодного усилителя (рис. 2.139).
Из эквивалентной схемы легко получается уравнение для коэф фициента усиления каскодного усилителя с непосредственным со
единением ламп |
|
|
|
|
|
Ко = |
т Р * 2 |
= |
£ ' \ • |
(2.244) |
' |
и |
Um„x |
|
p-Ri + R3 |
4 |
В радиолокационных приемниках метрового диапазона обычно |
/?э <d-l• Ri- Поэтому |
с достаточной точностью |
|
|
K0 = S-R3. |
(2.245) |
Из этого уравнения видно, что для каскодных |
усилителей целе |
сообразно выбирать |
триодь! с большой крутизной. |
|
Любой каскодный усилитель обладает значительным усилением, большим входным и выходным сопротивлениями, имеет малые шумы и работает устойчиво.
Усилитель, изображенный на рис. 2.137, можно рассматривать как однокаскадный усилитель, выполненный на лампе с парамет
рами, которые показаны на эквивалентной |
схеме (рис. 2.139). |
9. Транзисторные УВЧ |
Обычные плоскостные транзисторы (р-п-р |
или п-р-п) имеют ма |
лое входное и выходное сопротивления. Поэтому в резонансных УВЧ на таких транзисторах приходится применять неполное вклю чение контура в цепь коллектора и в цепь базы. Связь контура с транзистором может быть трансформаторной, автотрансформатор ной или емкостной.
По способу включения транзисторов УВЧ бывают: с общим эмиттером, с общей базой и каскодные. Для повышения стабиль ности параметров УВЧ в их схемах часто применяют элементы температурной стабилизации режима, а иногда и элементы нейтра лизации внутренней обратной связи *.
На рис. 2.140 приведены некоторые варианты схем УВЧ. Из них видно, что транзисторные усилители принципиально не отличаются от ламповых. Резисторы, показанные на схемах, обеспечивают не обходимый режим транзистора. Его стабилизация осуществляется за счет отрицательной обратной связи по постоянному току эмит тера (см. § 6). Входное напряжение управляет потоком инжекти руемых носителей. Поэтому ток коллектора пульсирует. Перемен ная составляющая коллекторного тока создает на контуре пере менное напряжение. Часть контурного напряжения является вы ходным. Данные напряжения максимальны на резонансной ча стоте.
В схеме, изображенной на рис. 2.140, а, применено двойное автотрансформаторное включение контура. Схема питания после довательная. Выходное напряжение снимается с индуктивности Ь2.
Коэффициент включения контура в цепь коллектора (коэффи циент трансформации)
* Е с л и ч а с т о т а п о л е з н о г о с и г н а л а з н а ч и т е л ь н о м е н ь ш е г р а н и ч н о й |
ч а с т о т ы |
т р а н з и с т о р а , т о н е й т р а л и з а ц и я о б р а т н о й с в я з и п р а к т и ч е с к и н е н у ж н а . |
|
Коэффициент включения контура в цепь базы следующего тран зистора
Рис. 2.140. Варианты схем транзисторных УВЧ
На рис. 2.140,6 показан вариант схемы с автотрансформатор ным включением контура в цепь коллектора и трансформаторным выходом. Коэффициенты включения в этой схеме таковы:
цМ
В схеме, изображенной на рис. 2.140,9, используется трансфор маторное включение контура в цепь коллектора и автотрансфор-
маторное включение в цепь базы следующего транзистора. В этой схеме
М |
Lx |
Р к = - г - , |
a p 6 — - f - . |
Если в усилителе используются транзисторы, у которых гранич ная частота значительно выше частоты полезного сигнала, то с до статочной степенью точности коэффициент усиления по напряже нию определяется по формуле
|
|
|
*o = |
/ V / V •?•/?„, |
(2.246) |
где |
S — крутизна транзистора на частоте усиливаемых |
колебаний; |
|
RB — резонансное сопротивление |
контура. |
|
|
|
Для определения б4 удобно использовать широко известное со |
отношение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•S = |
S° |
- , |
|
|
(2.247) |
где |
^ — Сбэгб |
— постоянная |
времени |
входной цепи транзистора; |
|
|
|
обычно |
т. = 0,1 -г- 0,002 |
|
мксек; |
|
|
|
|
|
S0—крутизна |
транзистора |
на нулевой частоте; |
обыч |
|
|
|
но S0 = 50—150 ма1в; |
|
|
|
|
|
|
|
ю-—частота |
полезного |
сигнала. |
|
|
|
Величина крутизны S0 легко определяется по характеристикам |
транзистора в точке исходного режима. |
Если характеристик |
нет, |
то |
приближенно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ ~ |
77~~26~ ' |
|
|
|
где |
/ к о — постоянная составляющая |
тока |
коллектора, |
ма. |
|
|
На практике коэффициент |
усиления каскада УВЧ на транзисто |
ре бывает |
обычно от 5 до 15. |
|
|
|
|
|
|
|
Вариант каскодного УВЧ приведен |
на рис. 2.140, г. Это усили |
тель с непосредственным |
соединением |
транзисторов. |
Напряжение |
смещения |
на |
базах транзисторов Т\ и Т2 |
создается делителем на |
пряжения, |
состоящим из |
резисторов |
Rit |
R2, Rz- Ячейка |
RaCg |
обес |
печивает температурную стабилизацию исходного режима за счет отрицательной обратной связи по постоянному току эмиттера тран зистора Т\. Нагрузкой транзисторов служит контур LK CK . Он вклю чен полностью ввиду значительного сопротивления выходной цепи транзисторов. Коллекторный резистор RK шунтирует контур. Вы ход усилителя автотрансформаторный.
10. Высокочастотные усилители на ЛБ В
В связи с развитием радиолокационной и особенно телеметри ческой импульсной радиосвязи возникла необходимость примене ния в радиоприемных устройствах усилителей высокой частоты с очень широкой полосой пропускания, малыми шумами и боль шим усилением,
Требовалось получить полосу пропускания высокочастотных усилителей порядка десятков процентов от несущей частоты при нимаемых колебаний. В процессе решения данной проблемы были созданы новые электронные приборы, получившие название ламп берущей волны (ЛБВ). Они получили наибольшее применение в диапазоне сантиметровых волн.
В усилителях на ЛБВ обычно нет колебательной системы. Уси ление колебаний происходит за счет длительного взаимодействия узкого электронного луча с электромагнитным полем бегущей вол ны усиливаемого сигнала.
Конструкция и принцип действия усилителя на ЛБВ рассмотре ны в предыдущей главе. Остается только добавить, что усилители на ЛБВ обладают коэффициентом шума примерно 4—8 дб при коэффициенте усиления по мощности до 50 дб.
Широкополосность усилителей бегущей волны позволяет исполь зовать их в радиоприемных устройствах для усиления наносекундных радиоимпульсов, т. е. импульсов, длительность которых изме ряется тысячными долями микросекунды.
11. Параметрические и молекулярные усилители
Лучшие радиолокационные приемники с ламповыми усилите лями высокой частоты имеют коэффициент шума порядка 4—5 дб. В таких усилителях внутренние шумы складываются из тепловых флюктуации электронов в различных проводниках (сопротивле ниях) и флюктуации электронного потока ламп.
Тепловые шумы уоилителя можно значительно уменьшить ох лаждением его до очень низкой температуры. Однако при этом ламповые шумы не уменьшаются. Поэтому возникла задача созда ния высокочастотных усилителей без электронного потока. Она была успешно решена. Новые безламповые усилители получили название параметрических и молекулярных.
В радиолокационных приемниках большее применение получили
параметрические усилители (ПУ).
Принцип действия ПУ основан на периодическом изменении внешней силой реактивного параметра колебательной системы, в которую вводится энергия усиливаемого сигнала.
Современные |
ПУ |
разделяют |
на |
две группы: резонаторные |
усилители и усилители |
с бегущей |
волной. |
Р е з о н а т о р н ы е |
у с и л и т е л и |
бывают одноконтурные и |
многоконтурные |
(с числом контуров более одного). Контуры могут |
быть с сосредоточенными или с распределенными параметрами в зависимости от диапазона усиливаемых колебаний. В сантиметро вом диапазоне применяют объемные резонаторы и отрезки волно водов. В дециметровом диапазоне широко используются коаксиаль ные резонаторы. В современных резонаторных ПУ в качестве пере менного (управляемого) параметра колебательной системы чаще используется емкость.
