Файл: Кузьмин, А. А. Маломощные усилители с распределенным усилением.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 92
Скачиваний: 0
Инженерный расчет элементов каскада на электрон ных лампах, включенных по каскодной схеме ОК—ОС.
При заданных полосе пропускания / Срн и /Ср в, харак теристических сопротивлениях дош 2min и типе используе
мых триодов прежде всего рассчитываются емкости фильтров См,2 по формулам (4.10) и формулам, приве
денным в табл. 4.1. Верхнюю и нижнюю граничные ча стоты фильтров необходимо брать одинаковыми для
Рис. 7.7. Приведенная АЧХ каскада на ТКЛ по каскодной схеме ОК-ОС и ФНЧ типа k при /ф/^т = 1 и различных значениях п.
Рис. 7.8. Приведенная АЧХ каскада на ТКЛ по каскодной схеме ОК-ОС и ФНЧ типа /г при п =4 и различных значениях Уф=/ф//т.
входной и выходной линии для обеспечения синфазности. Емкости См,г образуются емкостями усилительных эле ментов Ски,2з (с учетом монтажных емкостей) и добавоч
ными СДоб1,2-' |
|
См,2= С К11,22+Сдоб1,2. |
(7.32) |
В случае, если См,г окажутся меньше Скц,22, необходимо
либо уменьшить характеристические сопротивления, либо сузить полосу пропускания. Как правило, входная линия строится без СДоб1. С помощью формул, приведенных в гл. 4, рассчитываются величины индуктивностей La1,2 См,2. Далее по (7.31) определяется оптимальное число секций. Предварительно по рис. 7.5 находится соф/сов для ФНЧ типа k о)ф/(йв= 0 ,9 . Коэффициент усиления каска
да рассчитывается по (7.22).
При расчете элементов полузвеньев согласующих сек ций по формулам (4.14) необходимо исходить из усло вий: ®П1 2min ~ wb>nl,2, 0)орв= Ц>срт (tfl — 0,5 0,6). В MHO-
гокаскадном усилителе, как уже указывалось, ха рактеристические сопротивления целесообразно делать одинаковыми. Однако, вследствие того, что Снк>С22к,
можно повысить коэффициент усиления, увеличивая ха рактеристическое сопротивление выходной линии, т. е.
135
уменьшая СгДОб- В этом случае применяется пассивное
или активное переходное устройство, коэффициент пере дачи которого необходимо учитывать при расчете обще го коэффициента усиления каскада. В связи с большим разнообразием возможных схем ПУ расчет его коэффи циента передачи здесь не рассматривается.
7.4. КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА КАСКАДА НА ТРИОДАХ, ВКЛЮЧЕННЫХ ПО КАСКОДНОЙ СХЕМЕ ОК—ОС
7.4.1.Источники шума каскодной схемы
Вэлектронной лампе — триоде на высоких частотах шумы обусловлены в основном двумя источниками: ис
точником дробовых шумов 12дР и источником наведенных
шумов г2я (рис. 7.9).
Дробовые шумы являются следствием неоднородно сти потока электронов в лампе. Характеристики дробо
|
- о |
вого шума сходны с характеристиками |
|
|
|
тепловых шумов. Дробовые шумы за |
|
|
|
висят от величины анодного тока. Од |
|
|
|
нако в настоящее время применяются |
|
|
|
лампы с высокой эмиссионной способ |
|
Рис. 7.9. Электрон |
ностью катодов, благодаря чему вбли |
||
ная |
лампа—триод |
зи катода создается пространственный |
|
с |
источниками |
заряд, |
который действует как резер |
|
шумов. |
вуар электронов, способствуя образо |
|
|
|
ванию |
равномерного потока электро |
нов. Квадрат действующего значения дробового шумово го тока триода равен
|
|
7 = |
2 e / a0Prff, |
|
(7.33) |
|
где е = 1,6-10-19 — заряд электрона, Кл; |
тока |
триода |
||||
/ ао — постоянная |
составляющая |
анодного |
||||
в выбранном |
режиме, |
А; Г — коэффициент депрессии, |
||||
учитывающий |
действие |
пространственного |
заряда [46]; |
|||
|
|
r 2= l,2 9 6 7 W e/a0; |
|
(7.34) |
||
&=1,37-10~23 Вт-с/град— постоянная Больцмана; |
||||||
Тк— абсолютная |
температура |
катода (для |
триодов |
|||
ГС-11 и ТМ-1 Тк=1000 |
К); s — крутизна статической ха |
|||||
рактеристики триода, А/В. |
|
|
|
|||
Подставляя (7.34) в (7.33), получим |
|
|
||||
|
|
7 |
= 2,58kTKsdf. |
|
(7.35) |
|
136
При т л == ю о о к
t*B= 3.54 -10 -*^ / . |
(7.36) |
Наведенный сеточный шум обусловлен пролетным эффектом, состоящим в наведении заряда на сетке при движении электрона вблизи нее и, следовательно, в об разовании флуктуаций сеточного тока. Шумовая состав ляющая наведенного тока, появившаяся в результате пролетного эффекта [47], определяется по формуле:
7 |
= 8 |
kTKsf^l(r2JUCi)df, |
(7.37) |
г д е / — частота, |
Гц; |
LYa= 0,51 • 10-7 У В-с/см (для |
ламп |
с плоскопараллельной конструкцией); гск— расстояние сетка — катод, см; Uci — эквивалентный потенциал, В, действующий в плоскости сетки; Uclx Uco+DU&0', ,Uсо — напряжение на сетке относительно катода в рабо чей точке; £/ао — напряжение на аноде; D — проницае
мость лампы.
Рис. 7.10. Эквивалентная схема усили тельного элемента —■каскодной схемы ОК—ОС с источниками шумов.
Наведенные шумы должны быть полностью коррелированы с дробовыми шумами, поскольку причиной сеточ ного шума являются те же флуктуации эмиссии катода. Однако, как показано экспериментально рядом исследо вателей, между дробовыми и наведенными шумами не существует полной корреляции. В некоторых случаях не коррелированная составляющая достигает 70% коррели рованной составляющей шумового тока сетки [48].
Таким образом, в усилительном элементе — каскод ной схеме ОК — ОС в общем случае имеется четыре внутренних источника шумов: два источника дробовых шумов и два источника наведенных шумов (рис. 7.10) *).
*> В эквивалентной схеме (рис. 7.10) емкости С'ск и С"са отне сены к передающим линиям.
137
Нетрудно показать, что для титанокерамических триодов
г2н на два порядка меньше г2др. |
Действительно, если |
||
взять отношение (7.37) |
и (7.35) |
при реальных для ГС-11 |
|
величинах гСк=2,5-10-3 см, |
Ug1 = 1,25В и частоту |
||
500 МГц, то получим |
г'^/^р~ 1 0 |
" 2. |
|
Поэтому источником наведенного шума второй лам пы вполне можно пренебречь по сравнению с источни ком дробового шума первой лампы, поскольку оба ис точника включены в одну точку схемы УЭ. Источником • наведенных шумов первой лампы также можно прене бречь, хотя и с меньшим основанием, поскольку мощ ность на выходе от действия этого источника формирует ся всеми усилительными элементами каскада, а его мощность в результате увеличивается, например, по сравнению с мощностью источника дробового шума вто рой лампы приблизительно в число раз, равное коэффи циенту усиления каскада по мощности. Однако, как пра вило, коэффициент усиления по мощности не превышает 10 дБ, и составляющая Fm от Cf'n на порядок меньше
составляющей от Таким образом, на коэффициент шума каскада УРУ
на электронных лампах по каскодной схеме ОК — ОС основное влияние оказывают дробовые шумы, определяе мые источником дробовых шумов второй лампы, сосредо точенном на внешних полюсах УЭ, и источником дробо вых шумов первой лампы.
Из эквивалентной схемы (рис. 7.10) в режиме корот кого замыкания входных и выходных полюсов имеем для
и д р . |
|
<75 = — Л/епр//, <?6=1Д |
(7.38) |
где |
|
/ = 1+)г/(1 + бпр)7 |
(7.39) |
Л/ГГ |
|
и ДР |
|
<?5=0, <76= 1. |
(7.40) |
7.4.2. Составляющие коэффициента шума
Коэффициент шума представляет собой сумму следу ющих составляющих *)
*> Анализ проводится при допущениях, принятых в § 7.3.
138
F m— 1 |
F z F |
3 -\-F ^ F ' s др + F " В др- |
(7.41) |
Здесь |
|
|
|
^ |
. 4 = |
/ д а д 2я<>М2)- |
(7-42) |
где Кео и М определяются по формулам соответственно
(7.22) и (7.23); F3— составляющая |
шумов |
балластного |
сопротивления R3, рассчитываемая по (6.28) |
или рис. 6.3; |
|
F'<"в дР — составляющие внутренних |
шумов, |
обусловлен |
ные источниками дробовых шумов соответственно первой и второй ламп.
Учитывая |
(5.100), |
(6.13), |
(6.32), |
(7.35), |
(7.40) |
||||
в (6.40), найдем *)* |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
T?tr |
0 CQ |
т |
5 “461 |
|
|
(7.43) |
||
|
Г |
вдр_ Д ,00 |
| й1в|1юш • |
|
|||||
Для каскада |
на |
ФНЧ |
типа k |
и П'ГФ |
|
|
|
||
|
сtt |
_1 |
on Т ж |
V1() |
|
|
|
(7.44) |
|
|
|
вдр |
’ |
T K E 0 d KM * w m |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
Поскольку |
даП2 |
и wm |
имеют |
практически |
одинаковую |
||||
частотную |
зависимость, |
то |
w m |
! w m |
= w m n U n l w m m l a , |
||||
а зависимость |
|
определяется |
Vw |
и |
М 2. |
Поэтому |
|||
можно определенно сказать, что если амплитудно-частот ная характеристика каскада имеет падающий характер, то составляющая Р"вдр непременно увеличивается с ро
стом частоты. На частоте минимума характеристического
сопротивления |
|
|
*) |
|
||
F”в др - |
1,29 Т к |
^П2 min |
(7.45) |
|||
(Wmin) |
||||||
|
|
F |
w n 1 min К Е |
|
||
Для источника |
дробового шума первых ламп УЭ |
|||||
<75=7^0 (7.38), поэтому в формуле (6.40) |
для Р Вдр содер |
|||||
жатся все слагаемые. |
|
|
(6.40), |
|||
Произведя соответствующие подстановки в |
||||||
находим |
|
|
|
|
|
|
F' в ДР |
2.58Г |
f 54вг |
|
+ |
||
Т |
I |
|
||||
|
|
|
|
|||
*) В (7.43) при допущении полного согласования R\w^ = |
1. |
|||||
**) Для ТКЛ -у -=5=5. |
|
|
|
|||
139
Ч~ а (Ус^ т d X 5Rl ) | ’ (7.46)
а — \ - \ - (sllvy/dsY, b = 1 у2(1 -f-sDp)2,
с = 1 -f- snP (1 — 1/dv),
d = 1 — y 2sup(l 4~ Snp)/^K-
Произведем количественную оценку коэффициента шума каска да на ФНЧ типа к. На низких частотах, когда можно считать, что относительные частоты >(х, у) и собственное затухание равны нулю,
|
|
г 2,587\. ( |
s " |
' |
(7.47) |
|
|
то = 2 + |
TnsrWoi |
+ s/ |
' |
||
Подставляя в |
(7.47) |
Тк/Т— 5, s ' " = 47,5 |
мА/В, |
да01 = 7 5 Ом, |
получим |
|
Дш 0= 7 (8 , 45 |
дБ). |
В :(7.47) |
не учтены |
составляющие Fz,i, |
которые |
|
составляют незначительную долю общего Fш о. |
|
|
||||
Рис. 7.11. Расчетные зависимости от частоты составляющих коэффи циента шума каскада на ТКЛ, включенных по каскодной схеме.
Рис. 7.12. Расчетная (1) и экспериментальная (2) частотные зависи мости Fm каскада на ТКЛ, включенных по каскодной схеме.
Коэффициент шума на низких частотах может быть уменьшен путем увеличения числа секций, крутизны пер вой лампы и характеристического сопротивления входной линии. Однако, как было показано ранее, произведение n w 0i при постоянной верхней граничной частоте есть ве личина постоянная, определяемая требованиями равно мерности АЧХ. Поскольку это произведение с увеличе нием полосы пропускания уменьшается, то величина коэффициента шума при этом будет расти даже на низ ких частотах.
Интересно оценить вклад каждой составляющей в общий ко эффициент шума. Для этого определим составляющие, используя
140