Файл: Кузьмин, А. А. Маломощные усилители с распределенным усилением.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 72
Скачиваний: 0
Р а с ч е т |
э л е м е н т о в |
к а с к а д а при в к л ю ч е н и и |
СУ |
||||
|
|
в П- о б р а з н о е с е ч е н и е ф и л ь т р а |
|
||||
Задано: параметры транзистора, Шоьог, /ср, К е |
н о, &св, |
рн- |
|
||||
|
Рассчитываются величины: LH, 1%к (8.128); контрольные значе |
||||||
ния |
1В (8.113), (8.116), |
(8.117); |
Lc=-LB/ln«, |
U B |
(8.92а); |
Ci = |
|
^2/(шо1(Оср), Li =i(2a)oi/c0cp)—7,вн, |
m = .L BH/Li<0,25, |
/2 (8.110), С2, |
|||||
Z-2 |
(4.10); |
при этом С2 должна быть более |
Ск, С2 доп = С2—Ск. |
||||
|
8.4.8. |
Оценка влияния обратной связи на усилительные |
|
||||
|
и диапазонные способности каскада |
|
|
|
|||
|
Возвратное отношение каскада без потерь (5.84) |
||||||
можно представить в виде |
|
|
|
|
|||
|
|
Г, = TcN 2 = (hi2Vlhuy) K2Eir |
(8.129) |
||||
Если положить, что Тк должно быть меньше некоторой
величины 6К, меньшей единицы, и обеспечена достаточ ная равномерность АЧХ
| К еи | ~ К е ш ,
то из (8.129) с учетом (8.9), (8.88), (8.91) получаем сле дующее неравенство:
2 |
2 2 , |
2 , |
2 |
2 , 2 |
,2^2,,, , |
2 |
, 2 , ^ s2,вг4 |
||||
X , |
со и (т: + |
X,со |
и |
L L |
) (1 + |
Х, |
и |
) < В /Л |
£410 |
||
1 |
Ti ' c P v |
к 1 |
1 |
т ^ с Р 6 |
к ; v 1 |
1 |
а |
сР' |
|
||
приближенное |
решение |
которого |
при |
со = |
coCpi (лп= 1) |
||||||
приводит к выражению: |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
< 8 Л 3 0 > |
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Формула (8.130) характеризует максимальную часто ту среза, определенную, исходя из допустимого возврат ного отношения каскада. Эта частота не должна быть меньше заданной частоты среза.
Если задан коэффициент усиления и известны пара метры применяемого транзистора, то с помощью (8.130) можно убедиться, обеспечивается ли условие / cp ^ fсршажПри невыполнении этого условия необходимо уменьшить диапазон частот или коэффициент усиления каскада или применить более высокочастотные транзисторы.
Г л а в а 9
ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН ПО КОМБИНАЦИОННЫМ СОСТАВЛЯЮЩИМ
КАСКАДА УРУ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУР
В связи с чрезвычайной важностью вопросов помехо защищенности радиоприемных устройств весьма акту альными становятся задачи анализа, расчета и миними зации нелинейных искажений (НИ) входных усилителей, в особенности высокочувствительных широкополосных усилителей, предназначенных, например, для панорам ных радиоприемников.
Указанные задачи для усилителей с распределенным усилением, как мощных, так и маломощных решались в ряде работ [14,62—64,78], в которых анализировались НИ, возникающие в усилителе, при гармоническом воз действии одной частоты и бигармоническом воздействии на вход УРУ параллельной структуры. О. В. Алексеевым и А. А. Соловьевым проведен анализ специфических осо бенностей работы УРУ с учетом нелинейности УЭ, рас смотрено влияние высших гармоник на режим рабо ты ламп и к. п. д. УРУ, а также предложено для мини мизации НИ использование двухтактных схем, неодно родной схемы каскада УРУ и отрицательных обратных связей в УЭ. Показано, что специфические особенности УРУ с точки зрения НИ проявляются при использовании ламп с проницаемостью более 0,005, при работе УЭ в пе ренапряженном режиме, а также при рассогласовании выходной линии с нагрузкой.
В связи с тем, что в последние годы появилась воз можность создания УРУ четырех структур, встала зада ча анализа влияния специфики различных способов включения УЭ в ПЛ на нелинейные искажения каскада УРУ. Эта задача решалась в работах [79—81], материа лы которых положены в основу содержания настоящей главы, посвященной дальнейшему анализу влияния раз личных факторов: частотной зависимости волновых со противлений, потерь и расфазировки ПЛ на нелинейные искажения в однородном каскаде УРУ четырех струк тур. Для единого подхода к анализу НИ в каскаде раз личных структур не будем учитывать природу нелиней ных искажений в УЭ и для описания его нелинейных
185
свойств воспользуемся динамической вольт-амперной ха рактеристикой (ВАХ), аппроксимируемой степенным по линомом. Количественной оценкой НИ служит величина динамического диапазона по комбинационным составля ющим.
9.1. ПРОХОЖДЕНИЕ ДВУХЧАСТОТНОГО СИГНАЛА ЧЕРЕЗ УСИЛИТЕЛЬ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ УСИЛЕНИЕМ
Для определения динамического диапазона необходи ма информация о спектральном составе напряжения на выходе УРУ. Рассмотрим прохождение двухчастотного
сигнала через УРУ при следующих допущениях: 1) |
пере |
дающие линии линейны и согласованы идеально, |
2) па |
раметры обратной передачи через УЭ равны |
нулю, |
3) потери в выходной линии пренебрежимо малы |
(ci2 = |
=0); 4) фазочастотные характеристики звеньев входной
ивыходной линий одинаковы, т. е. |3i(x) =ip2(^), 5) ди намические вольт-амперные характеристики УЭ в каскаде идентичны. Наивысшая степень аппроксимирующего по линома равна трем. Первая гармоника, обусловленная кубичным членом полинома, не учитывается.
На входе каскада действует сигнал, состоящий из двух э. д. с. различных частот и одинаковых амплитуд
e(<t) = £ m(cos coK+cos согД, |
(9.1) |
где Ет — амплитуда э. д. с.
Динамические ВАХ усилительного элемента для лю
бой структуры можно представить в |
виде |
|
|
= 2 |
{ k = \ , |
2,..., п), |
(9.2) |
i=1 |
|
|
|
где t)h{t) и xh(t) — мгновенные значения соответственно реакции на выходе и воздействия на входе УЭ; аРг —
действительные коэффициенты аппроксимации динамиче ских ВАХ.
Для различных структур выражения (9.1) имеют вид
|
э |
2 |
з |
У) |
М О = |
о * < (0h). i h { t ) = ' 2 l a hii lx (f), |
|
|
i-l |
i=1 |
|
|
з |
|
(9.3) |
|
2 |
з |
|
z ) |
(о ~ |
s ) |
|
|
(=! |
(=1 |
|
186
Схема однородного УРУ, состоящего из п симметрич
ных секций любой структуры, приведена на рис. 9.1, на котором реакция усилительного элемента отображена эквивалентными источниками тока или напряжения. Следует указать, что несмотря на одинаковые ампли туды э. д. с., воздействие на входе усилительного элемен та каждой частотной составляющей может быть различ но из-за частотных зависимостей волновых сопротивле ний.
WH2 Wbl
Рис. 9.1. Структурная схема каскада при отсутствии обратной связи.
Анализ удобно провести в терминах, нормированных относи тельно волновых сопротивлений амплитуд напряжений и токов на соответствующих частотах:
|
= Ет |
— нормированная амплитуда |
воздействия частоты |
|||||||||
to, |
или со2; X ^ — нормированная комплексная амплитуда |
воздействия |
||||||||||
на входе |
УЭ |
напряжения Х ^ ~ |
= |
Uh |
|
w~xxили тока Х 1'™'1 — |
||||||
= |
/<,ш) = |
f h Vw^; |
— нормированная, |
комплексная |
амплитуда |
|||||||
какой-либо гармонической |
составляющей |
реакции на выходе |
УЭ: на |
|||||||||
пряжения |
Y^ |
— U^ |
= Uhj/" w~2 |
или тока |
|
= / ^ |
|
— fk V шв2 ; |
||||
|
— U4 У 'w~2l — |
нормированная комплексная |
амплитуда |
напряже |
||||||||
ния |
на выходе каскада любой из гармонических |
составляющих |
||||||||||
на |
соответствующей |
частоте. Тогда |
коэффициенты |
аппроксимации |
||||||||
в (9.2), (9.3) |
необходимо |
также |
полагать |
нормированными |
|
|||||||
У) afl]= аы ]/~ «V (хдр) wqt (qx,)w^ (рхг) ,
h) |
= ah |
t Y |
(x w l\ ^ xi) K i P(№) - |
(9-4) |
|
z) д И = |
аг1 ^ |
Чй |
(ww) w7 i № i ) |
ЧЙР (№ ) ■ |
|
g) a(g? |
--= agi Y |
Чй |
(*«p) < i ( ^ 1X |
1 (Px 0 - |
|
187
где символом qp |
(q и р — целые положительные числа, |
включая |
ноль) нумеруется |
порядок комбинационной составляющей |
м9Р = |
= (?Ш1± /?( 0 2 или в относительных величинах xiP = mqPl^cP = qX\±px2,
Xl,2=C0l,2/(0cp-
Поскольку передающие линии линейны, то комплекс
ная амплитуда сигнала на |
входе |
k-vo УЗ будет пред |
||||||
ставлять собой также сумму двух составляющих: |
||||||||
K w)= Х Т1 ехр ( / |
* |
* |
) |
+ ехр о'ы > |
(9-5) |
|||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
X T L = |
° ’5EL1,zexР [ |
0 , 5 |
(2k 1К С *,.,)] |
|||||
— нормированная |
амплитуда |
воздействия на |
входе УЭ |
|||||
частоты Xi или х2: <pi,2/t= —0,5 (2£—1 ) ( - ^ 1,2 )• |
|
|||||||
Преобразуя |
(9.5) |
в мгновенное значение воздействия |
||||||
и подставляя в (9.2), получим |
|
|
|
|
||||
» Г о = |
2 |
< |
’ Re <х “ |
ехр I' (» .< + ы ] |
+ |
|||
|
£=1 |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
Х ^ ех р I /f o f + |
?*)]}*. *> |
(9.6) |
|||||
Возведя в степень слагаемые суммы (9.6), найдем спек тральный состав реакции УЭ в виде комплексных ампли туд колебаний с частотами Xi, Хц и x2i
Y{w) ( x j = |
a(w)X {w) exp (/<plk). |
(9.7) |
|
ft ' l/ |
pi |
lmft |
4 ' |
у ': 1< л ы = -г < c |
(x “ |
)! x i i ; exp I/ (2<p,«- ?,»)]■ |
(9.9) |
Напряжение на нагрузке каскада от действия к источни
ков составляющей основного тока и комбинационных составляющих определится как сумма
U\w) Ы =. 0,5 2 Y™ (xqp) К™ (Х?р), |
(9.10) |
4=1
*> Здесь и далее индексом m снабжается амплитуда напряжения или тока.
1 8 8
где
( х ч р ) = ехР {— 0.5/ [ 1 + 2 ( п — k ) \ ра (х ?р)}
— коэффициент передачи напряжения выходной переда ющей линии от i/e-ro УЭ до выхода каскада.
9,2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ВЫХОДЕ КАСКАДА
Подстановка выражений (9.7) — (9.9) в (9.10) приво дит к суммам в виде геометрических прогрессий, кото рые достаточно легко можно представить в замкнутой форме. При этом перейдем к ненормированным величи
нам
и Л(•*,) = - у - ( —§— ) V wrn « ехр [—0,5/га, (х,)]Х
sh (0 ,5яГ,0) |
|
(9.11) |
||
X п sh (0 ,5Г,0) |
’ |
|||
7(а>) |
£<.№) |
|
|
|
1р2 |
|
|
V W н2 Л X |
|
|
|
|
|
|
х ехр {—0,5/г [а, (л:,) + |
о, (х,)]} |
(9.12) |
||
з |
|
V |
.----- |
|
|
|
|
1 / т |
|
X ехр {—0,5/г [2а, (х.) + |
а2 (х2)]} |
, (9.13) |
||
где |
|
|
|
|
Oio = ai(xi) + /[Pi(xi)—^(хг)]—аю+y’Pio, |
(9.14) |
|||
1 и = |cti (xi) + « 2 (хг) + /[Pi (xi) ± |
|
|||
±Pi(x2) —P2(xu)] = au-l-ypii, |
(9.15) |
|||
Г21 = 2ai (xi) H-icti (X2 ) + /[2p1 (xi) — |
|
|||
— Pi (X2 ) |
P2 (X2 1 ) ] = |
Ct21 + /P21- |
(9.16) |
|
Поскольку нас интересуют только амплитудные зна
чения напряжения на выходе, необходимо определить мо дули выражений (9.11) — (9.13). Дополнительно прини
мая во внимание условие идеального согласования ПЛ wBi — Woi— Ri,3, t£.,H?=®02=7?2,4, находим:
189