Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Усилители промежуточной частоты

..pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
17.18 Mб
Скачать

Ю. Л. СИМОНОВ

УСИЛИТЕЛИ

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ

ЧАСТОТЫ

МОСКВА «СОВЕТСКОЕ РАДИО», 1973

6Ф2.12

С37

УДК 621.396.621.53.

С и м о н о в

Ю.

Л. Усилители промежуточной частоты. М..

«Сов.

радио»,

1973,

384 с.

Книга

посвящена

изложению теории и инженерных методов

расчета усилителей промежуточной частоты ламповых и транзистор­ ных радиоприемных устройств.

Определяются основные параметры УПЧ, способы построения схем и их классификация. Значительное внимание уделяется вопро­ сам формирования частотной характеристики и методам повышения фазовой стабильности УПЧ. Анализируются различные режимы ра­ боты мс-ждукаскадных цепей УПЧ. Рассматриваются основные ти­ пы УПЧ, даются рекомендации по их выбору и составлению прин­ ципиальной схемы. Приводятся соответствующие методики расчета, которые иллюстрируются численными примерами.

Книга предназначена для специалистов, связанных с проектиро­ ванием радиоприемных устройств различного назначения. Она мо­ жет быть полезной аспирантам и студентам старших курсов соот­ ветствующих специальностей.

Рис. 130, табл. 47, библ. 53 назв.

Редакция радиотехнической литературы

3312-095 С 046(01)-73 26-73

(£)

Издательство «Советское радио», 1973.

Предисловие

 

 

 

.

 

 

.

 

 

 

6

Основные обозначения, принятые в книге

 

 

 

3

Г Л А В А

1. КАЧЕСТВЕННЫЕ

ПОКАЗАТЕЛИ, СТРУКТУРА И

КЛАС­

Ц

СИФИКАЦИЯ

УСИЛИТЕЛЕЙ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ

ЧАСТОТЫ

1.1. Предварительные

замечания .

 

 

 

 

И

1.2. Качественные показатели УПЧ

 

 

 

 

11

1.3. Структура усилителей .

 

.

. . .

 

17

1.4. Классификация

усилителей промежуточной

частоты

20

Г Л А В А

2.

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ

ПРИБОРЫ

 

 

 

 

22

2.1. Предварительные

замечания

 

.

 

. . .

22

2.2. Усилительный прибор как активный

линейный

четы­

 

 

рех полюемнк

 

 

 

 

 

 

 

 

22

2.3. Эквивалентные схемы усилительных приборов

 

28

2.4. Выбор электронных ламп для УПЧ

 

 

 

30

2.5. Выбор типа биполярных транзисторов и способа их

 

 

включения

 

 

 

 

 

 

 

. .

31

2.6. Особенности применения полевых транзисторов в УПЧ

41

Г Л А В А

3.

МЕЖКАСКАДНЫЕ

ЦЕПИ

УСИЛИТЕЛЕЙ

ПРОМЕЖУ­

42

ТОЧНОЙ

ЧАСТОТЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1. Назначение и классификация

межкаскадных цепей

42

3.2. Апериодические

мсжкаскадные

цепи

 

 

 

43

3.3. Одноконтурные

межкаскадные

цепи

 

 

 

46

3.4. Двухконтурные

межкаскадные

цепи

 

 

.

57

3.5. Методы

уменьшения собственного затухания колеба­

 

 

тельных

контуров

 

 

 

 

 

 

63

Г Л А В А

4.

ФОРМИРОВАНИЕ

РЕЗОНАНСНОЙ

КРИВОЙ

В УПЧ

67

С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ

 

 

4.1. Предварительные

замечания . .

 

.

 

67

4.2. Формирование резонансной кривой одноконтурныхУПЧ

70

4.3. Формирование

резонансной

 

кривой

двухконтурных

86

 

УПЧ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4. Формирование

резонансной

кривой

в УПЧ с

одно­

 

 

контурными и двухконтурными каскадами

 

.

98

4.5.Влияние изменяющихся условий и разброса параме­ тров усилительных приборов на стабильность основ­

ных

качественных

показателей УПЧ

 

 

101

Г Л А В А 5.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

МЕЖКАСКАДНЫХ

ЦЕПЕЙ

УПЧ

105

С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ

 

 

5.1. Предварительные

замечания .

.

. 1 0 5

5.2. Классификация режимов работы межкаскадныхцепей

106

5.3. Режим оптимального

согласования одноконтурного

ПО

УПЧ

 

 

 

 

5.4. Режим согласования одноконтурного УПЧ

 

.

127

5.5. Режим оптимального рассогласования одноконтурного

 

УПЧ

 

 

.

 

 

 

 

 

.

 

 

137

5.6. Режим рассогласования одноконтурного УПЧ .

.

142

5.7. Режим максимального усиления одноконтурного УПЧ

148

5.8. Режим

фиксированного

усиления одноконтурного УПЧ

152

5.9. Режим фиксированного усиления при максимальной

 

•избирательности

одноконтурного

УПЧ

.

 

 

156

5.10. Режим

-оптимального

согласования

двухконтурного

 

усилителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

158

5.11. Режим согласования двухконтурного усилителя

 

169

5.12. Режим рассогласования двухконтурного УПЧ

.

181

5.13. Режим

фиксированного

усиления

 

двухконтурного

186

УПЧ .

 

 

 

 

 

 

 

 

. . .

 

5.14. Режимы работы межкаскадных цепей УПЧ с одно­

 

контурными

и двухконтурными

каскадами

 

 

188

Г Л А В А 6. УСИЛИТЕЛИ

ПРОМЕЖУТОЧНОЙ

ЧАСТОТЫ

С

СО­

191

СРЕДОТОЧЕННОЙ

ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ

 

 

 

 

6.1. Предварительные

замечания

 

.

 

 

 

 

191

6.2. Методы согласования ФСИ о УПЧ

 

.

 

 

193

6.3. Многозвенные

фильтры

сосредоточенной избиратель­

 

ности

 

 

.

 

 

 

. .

 

 

 

 

200

6.4. Балансные фильтры сосредоточенной избирательности

210

6.5. Пьезоэлектрические фильтры сосредоточенной избира­

212

тельности

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

6.6. Электромеханические фильтры

 

 

.

 

.

215

6.7. Пьезомеханические фильтры сосредоточенной избира­

 

тельности

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

217

6.8. Исходные данные и пример расчета УПЧ

с много­

 

звенным фильтром

 

 

 

 

 

 

 

 

219

Г Л А В А 7. ПАРАЗИТНЫЕ

ОБРАТНЫЕ

СВЯЗИ

В

УПЧ

 

 

222

7.1. Предварительные

замечания

 

 

 

. . .

 

222

7.2. Методы ослабления внешних паразитных обратных

 

связей

 

. . .

 

. . . .

 

. .

229

7.3. Учет влияния внутренней обратной связи в усилитель­

 

ных приборах

 

 

 

 

 

 

.

 

.

233

7.4. Краткая характеристика методов ослабления внутрен­

 

ней обратной

связи

 

 

 

.

 

 

 

243

7.5. Нейтрализация внутренней обратной связи

 

 

245

7.6. Коррекция внутренней обратной связи

 

. .

250

7.7. Особенности транзисторных

каскодных

усилителей

253

Г Л А В А 8. ТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

УПЧ

С

РАСПРЕДЕЛЕННОЙ

259

ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.1. Предварительные

замечания

 

 

 

. .

 

 

259

8.2. Общие рекомендации по выбору типа

УПЧ

 

 

264

8.3. Расчет числа каскадов УПЧ

 

 

 

 

 

 

266

8.4. Расчет

вспомогательных

величин

 

. .

 

 

271

8.5. Выбор собственной емкости контуров

УПЧ

 

 

273

8.6. Составление

принципиальной

схемы

УПЧ

на

элек­

280

тронных лампах

 

 

.

 

 

 

.

 

 

8.7. Составление принципиальной схемы УПЧ на биполяр­

 

ных транзисторах

 

 

 

 

 

 

 

 

286

8.8. Составление принципиальной схемы УПЧ на унипо­

 

лярных транзисторах

.

 

 

 

306

8.9. Проверка каскадов УПЧ на

устойчивость

. .

 

309

8.10. Порядок расчета межкаскадных цепей преобразова­

теля частоты и устойчивых

каскадов УПЧ .

.

3 1 2

8.11.Порядок расчета неустойчивых каскадов УПЧ при использовании пассивного метода повышения устой­

чивости

.

.

318

8.12. Порядок расчета неустойчивых каскадов УПЧ при

 

использовании активного метода повышения устойчи­

320

вости .

 

 

8.13.Порядок расчета межкаскадных цепей неустойчивых каскадов УПЧ при совместном использовании пас­

 

сивного и

активного

методов

 

 

 

324

8.14. Проверочный

расчет

усиления

 

 

 

324

8.15. Пример расчета УПЧ

 

 

 

 

324

8.16. Особенности расчета оконечного каскада транзистор­

333

 

ного УПЧ, нагруженногочастотным

детектором

Г Л А В А

9. КАСКАДЫ УПЧ СКАБЕЛЬНЫМИПЕРЕХОДАМИ

 

339

9.1. Предварительные замечания

 

.

 

339

9.2. Выходной каскад с параллельным подключением ка­

341

 

беля к контуру

 

 

 

 

 

9.3. Выходной каскад с последовательным включением ка­

 

 

беля в контур

 

 

 

 

 

 

346

9.4. Выходной

каскад на

катодном

(эмиттерном)

повто­

 

 

рителе

 

 

 

 

 

 

:

348

9.5. Входной каскад с параллельным подключением кабеля

352

 

к контуру

 

 

 

 

 

 

 

9.6. Входной каскад с компенсирующей индуктивностью

355

9.7. Входной каскад с резисторнымвходом

 

 

357

9.8. Исходные данные и пример расчета кабельного пере­

358-

 

хода

 

 

 

 

 

 

 

Г Л А В А

10. ФАЗОВАЯ

СТАБИЛЬНОСТЬ УПЧ

 

 

360!

10.1. Предварительные замечания

. .

 

360'

10.2. Повышение фазовой стабильности УПЧ за счет вы­

363-

 

бора оптимального

числа каскадов .

.

10.3. Повышение фазовой стабильности УПЧ за счет при­

 

 

менения

режекторных

контуров

 

. .

 

367

10.4. Повышение

фазовой

стабильности

УПЧ

за счет

 

 

обратной

связи

 

 

 

 

 

375

Список

литературы

 

 

 

 

 

 

379>

Предметный указатель

 

 

 

 

 

 

382

Основным узлом современного радиоприемного устройства является усилитель промежуточной частоты (УПЧ). Он обеспечивает основное усиление приемника (до детектора), его полосу пропускания и частотно-из­ бирательные свойства. В приемниках сверхвысоких ча­ стот, входными каскадами которых являются преобразо­ ватели частоты на полупроводниковых диодах, УПЧ в значительной степени определяет чувствительность приемника.

Разнообразие задач, выполняемых современными рат диоприемниками, привело к большому количеству типов УПЧ.

В настоящее время опубликовано большое количест­ во работ, посвященных анализу УПЧ и обоснованию инженерных методов их проектирования. Публикации могут быть разделены на две части: источники, посвя­ щенные УПЧ на электронных лампах, и работы, в кото­ рых приводятся результаты исследований усилителей на полупроводниковых приборах (транзисторах). Из работ первой группы можно выделить несколько книг, в кото­ рых обобщены и доведены до канонических форм инже­ нерные методы расчета ламповых УПЧ. К ним следует

отнести:

«Радиоприемные

устройства»,

под ред.

В. И. Сифорова, «Усилители

промежуточной

частоты»

М. Л. Волина, «Линейные каскады радиоприемников» |А. А. Куликовского), «Радиолокационные приемники»

А. Г1. Сиверса и др.

Информация, связанная с теорией транзисторных усилителей и инженерных методов их расчета, излагает­ ся в ряде книг и большом количестве статей. Это созда­ ет определенные трудности при проектировании УПЧ транзисторных приемников.

В настоящей книге делается попытка уменьшения этого недостатка.

Содержание первых трех глав книги имеет вводный характер и посвящено определению основных качествен­ ных показателей УПЧ, структуре и классификации их схем (гл. 1), описанию усилительных приборов, приме­ няемых в УПЧ (электронные лампы, транзисторы), и их эквивалентных схем, а также выбору усилительных при-

6

боров для УПЧ (гл. 2). Гл. 3 посвящена систематизации опубликованного материала по расчету межкаскадных цепей, применяемых в УПЧ.

В четвертой главе рассматривается формирование частотной характеристики УПЧ, содержащих однокон­ турные и двухконгурные фильтры. Выводятся общие расчетные соотношения для эквивалентных затуханий контуров УПЧ. Основные из этих соотношений табули­ рованы, что существенно упрощает выполнение рас­ четов.

Пятая глава книги посвящена анализу различных режимов работы межкаскадных цепей в одноконтурных и двухконтурных УПЧ. Приведены таблицы численных значений наиболее важных расчетных соотношений.

Вшестой главе рассматриваются УПЧ с фильтрами сосредоточенной избирательности (многозвенные LC, электромеханические, пьезокерамические и пьезомехаиические фильтры). Приведены параметры фильтров, вы­ пускаемых промышленностью.

Качественные показатели УПЧ существенно зависят от действия в них паразитных обратных связей. В седь­ мой главе излагается анализ влияния этих обратных связей на характеристики УПЧ. Рассматриваются основ­ ные методы ослабления действия внешних и внутренних паразитных обратных связей.

Основные вопросы технологического расчета УПЧ излагаются в восьмой главе. Даны рекомендации по вы­ бору типа УПЧ и составлению его принципиальной схе­ мы, расчету числа его каскадов, величин собственных емкостей контуров и др. Приведены соответствующие ме­ тодики расчета, которые иллюстрируются численными примерами.

Вдевятой главе анализируются входные и выходные каскады УПЧ с кабельными переходами.

Последняя, десятая глава посвящена рассмотрению некоторых методов повышения фазовой стабильности УПЧ.

Книга предназначена для специалистов, занимающих­

ся проектированием приемно-усилительных устройств, а также для преподавателей, аспирантов и студентов

старших

курсов соответствующих специальностей.

Автор

выражает

искренную

признательность

Л. Г Барулину и H. М. Мурогову за

ценные советы,

способствовавшие улучшению книги.

 

Л — активность усилительного прибора,

biu ЬХ2, Ьги Ь22 — реактивные составляющие ^-параметров уси­

лительного прибора,

С— собственная емкость колебательного кон­ тура,

Си С2— собственные

емкости

контуров

полосового

 

фильтра,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С3 — полная емкость контура,

 

 

 

 

 

СуП— емкость монтажа,

 

 

 

 

 

 

 

CMi, См/— предельные

максимальные

значения

суммы

 

емкостей

С + С т

в

одноконтурном

УПЧ

 

в режиме оптимального согласования, при

 

которых

соответственно

т г= 1

или

mt= 1,

 

d — собственное

затухание

колебательного кон­

 

тура,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dQt

dj — эквивалентное

затухание

контура

в

схеме,

don — расчетное

значение эквивалентного

затуха­

 

ния контура и его предельное значение в ре­

 

жиме оптимального

согласования

однокон­

Adi,

турного УПЧ,

 

 

 

 

 

 

 

 

Adi — затухания, вносимые

в

колебательные кон­

 

туры со

стороны

усилительного

прибора и

 

со стороны

нагрузки,

 

 

 

 

 

 

 

Ad — полное вносимое затухание,

 

 

 

 

dm— собственное затухание колебательного кон­

 

тура с учетом затухания, вносимого рези­

 

стором шунта,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Adm — затухание,

вносимое

в

контур

резистором

d3l,

шунта,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

doо — эквивалентные

затухания

контуров

полосо­

 

вого фильтра

в схеме,

 

затухание

кон­

 

dm—- минимальное

собственное

 

тура,

 

 

и предельное полные

вноси­

AdM, Adn — максимальное

 

мые затухания в режиме оптимального со­

 

гласования одноконтурного УПЧ,

 

 

 

dv м, dp ц — максимальное

и предельное эквивалентные

 

затухания контура в режиме оптимального

 

рассогласования,

 

 

 

 

 

 

 

 

f — текущее значение частоты,

 

 

 

 

 

fo— номинальная промежуточная частота

(сред­

 

няя частота

полосы

пропускания),

 

 

 

/ р — резонансная

частота,

 

 

 

 

 

 

fu f2— частоты,

соответствующие

границам

поло­

сы пропускания,

g — собствен имя резонансная провбдймость па­ раллельного колебательного контура,

 

 

 

£ э — полная эквивалентная резонансная проводи­

 

 

 

 

мость параллельного контура,

 

 

 

£п. g 12»

gu — проводимость нагрузки,

 

 

 

 

£ 22— активные составляющие ^-параметров

уси­

 

 

 

 

лительных приборов,

 

 

 

 

 

 

 

£вх д — активная входная проводимость детекторно­

 

 

 

 

го каскада;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И — коэффициент

непрямоугольности

резонанс­

 

 

 

 

ной кривой,

 

 

 

 

 

 

 

 

Ош О мд»

Оии.— усилительные потенциалы предварительного

 

 

 

 

и оконечного каскадов УПЧ и преобразова­

 

 

 

 

теля частоты в режиме оптимального согла­

 

 

 

 

сования,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ори О 01 — коэффициенты

 

усиления

тока

каскада на

 

 

 

 

резонансной частоте и на средней частоте

 

 

 

 

полосы пропускания,

 

 

 

 

 

 

 

О on — коэффициент

усиления тока /г-каскадного

 

 

 

 

усилителя на средней частоте полосы про­

 

Кри

 

пускания,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Koi — коэффициент усиления напряжения каскада

 

 

 

 

на резонансной частоте и на средней часто­

 

 

 

 

те полосы пропускания,

 

 

 

 

 

 

Кол — коэффициент

усиления напряжения п-кас­

 

 

 

 

кадного усилителя на средней частоте поло­

 

 

 

 

сы пропускания,

 

 

 

 

 

 

Khit Хмд — усилительные

потенциалы

предварительного

 

 

 

 

и оконечного каскадов УПЧ в режиме опти­

 

 

 

 

мального согласования,

 

 

 

 

 

 

Кма — усилительный

 

потенциал

преобразователя

 

 

 

 

частоты в режиме оптимального согласо­

 

 

 

 

вания,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д'МУ— среднегеометрическое

значение усилительно­

К

К , Keen

го потенциала,

 

 

 

 

 

 

еДиничное усиление по напряжению соответ-

 

есд’

 

 

ственно предварительного и оконечного кас­

 

 

 

 

кадов УПЧ и преобразователя частоты в ре­

 

К

 

 

жиме согласования,

 

 

 

 

 

,

Кери — единичное

усиление

по

напряжению

соот-

Аер» Лсрд>

 

 

ветственно

предварительного

и

оконечного

 

 

 

 

каскадов УПЧ

и преобразователя частоты

 

 

 

 

в режимах оптимального рассогласования и

 

 

 

 

согласования,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I — индуктивность

колебательного

контура,

 

 

 

1 Н— входная индуктивность транзистора с общей

 

 

 

 

базой,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т1 —- коэффициенты

трансформации

 

(включения)

 

 

 

колебательного

контура

к усилительному

 

 

 

 

прибору и к нагрузке,

 

 

 

 

 

 

 

Пнр — критическое

число каскадов,

 

 

 

р

Pi(y)*

р (х) — уравнение

резонансной кривой каскада как

 

 

функция частоты, относительной и обоб-

 

 

 

щенной расстроек,

 

 

 

 

 

 

X

р

(х) — уразнение

резонансной кривой я-каскадиого

Рп(У)>

а

 

 

усилителя как функция Частоты, относи­

р пт,

тельной

и

обобщенной

расстроек,

 

^ п м — ординаты

резонансной кривой в ее

миниму­

 

 

мах и максимумах,

 

 

 

 

 

 

Ги — входное сопротивление транзистора с общей

 

 

базой,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го — сопротивление

базы

биполярного

транзи­

 

 

стора,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гш,

/?м — последовательное

и параллельное

сопротив­

 

 

ления шунта,

 

 

 

 

 

 

 

 

ык — напряжение на контуре,

 

 

 

 

 

х — текущее

значение

обобщенной

расстройки

 

 

колебательного контура,

 

 

 

 

Хт,

Хм — обобщенные

расстройки,

соответствующие

 

 

минимумам

и максимумам резонансной

 

 

кривой,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*/-— текущее значение относительной расстройки

 

 

колебательного контура,

 

 

 

Уп» # 12’

уги у22— (/-параметры усилительного прибора,

у с — относительная

расстройка,

соответствующая

 

 

соседнему каналу,

 

 

 

 

 

а11 = £ п /£ п * 0112=^12/^12,

021 =

^21/521,

022=^22/^22

 

 

входная, обратная проходная, прямая про­ ходная и выходная постоянные усчлигельного прибора,

 

 

 

022п — выходная

постоянная преобразователя

ча­

 

 

 

 

стоты,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а п д — входная постоянная

детекторного

каскада,

 

т

 

Отип — постоянные

монтажа

соответственно

пред-

й т ’

 

 

варительного

и оконечного

каскадов

УПЧ

 

 

 

 

и преобразователя частоты,

 

 

 

 

0с’

ад»

°сп — собственные

постоянные

контура

соответ-

с

*

 

ственио предварительного

и

оконечного кас­

 

сд,

 

 

кадов УПЧ и преобразователя частоты,

 

а

Очпса — постоянные контура предварительного и око-

тс' тс *

 

 

нечного каскадов УПЧ и преобразователя

 

 

 

 

частоты,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~А*

а£п

полные постоянные предварительного,

око-

 

 

нечного каскадов УПЧ и преобразователя

 

 

 

 

частоты,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

atm — минимальная

полная

постоянная

контура,

В

Вир» Рм — обобщенный

коэффициент

 

связи

контуров

 

ни ’

%

полосового

фильтра,

его критическое

и

ма­

 

 

 

 

ксимальное значения,

 

 

 

 

 

 

ВРг, Р- — константы, определяющие обобщенные рас-

* стройки контуров в УПЧ с расстроенными каскадами,

JA— приведенное единичное затухание колеба­ тельного контура,

pif р /— входное и выходное характеристические со­ противления,

Пь Пп — полосы пропускания каскада и п-каскадного усилителя на уровне 3 дб,

Э — эффективность УПЧ, Э\ — эффективность одного каскада.