книги / Усилители промежуточной частоты
..pdfПриращения полной емкости контура для однокон турного каскада
ДС-, — пГДС22 + m2àCuC+ ДС;
в двухконтурном каскаде: |
|
|
|||
ДСЛ1 — т2 -\-ДС22 + |
ДС, для первого |
контура; |
|||
ДСЭ2 = т^ДСи + |
ДС, для второго |
контура. |
|||
Здесь |
ДСо2= |
^022^ 22^ ' АС,1C==’ 8сцС,,сД/, |
|||
|
|||||
AC = bcCAt, |
АС, = 8С1С,А^ |
AC2= |
8C2C2At, |
||
где 6С2г, |
SCll, ôc, 8С1, |
8С2 —значения |
ТКЕ |
соответственно |
|
емкостей |
С2г, СИс, |
С, Ci + C2. Комбинируя приведенные |
|||
соотношения, можно записать |
|
|
|||
|
ДСЭ= (т28С22С22 -)- |
1|С-f- 8сС) At; |
|||
|
АСЯ, = (т28С22С22 4- 5С1С,) At, |
||||
АСЭ2 = (fti’Sci1С,,с 4" 8С2С2) Д/.
Отсюда, полагая АСя=0, AC3i= 0, ЛСя2= 0 , определяем необходимый ТКЕ конденсаторов, которые образуют собственные емкости контуров:
8с = - (т 28С22 % |
4 - |
% * ) • |
§С1 — ^^022^22^1 > |
8C=■= |
^,8р110,,р/С2, |
Входная и выходная активные проводимости мало мощных транзисторов в широком интервале рабочих тем ператур (—60-ь+60 °С) практически линейно зависят от температуры [11, 31, 44], т. е.
£ ш = £ и (1 + 0цА0 .
8 т —£22 (1 + Ô22AO,
где £ш, #22<— текущие значения |
проводимостей; |
gu, |
|||
g22 — значения |
проводимостей |
при |
/ = 2 0 °С; |
0ц, |
622^ |
температурные |
коэффициенты |
проводимостей; |
At — тем |
||
пературный интервал.
}кима транзисторов. При особо высоких требованиях к стабильности полосы пропускания к контурам подклю чаются терморезисторы [50, 51] с достаточно большим отрицательным или положительным ТКС (температур ный коэффициент сопротивления). Из-за отсутствия в на стоящее время простых и достаточно точных методов расчета терморезисторы (иногда соединяемые с обычны ми резисторами) подбирают экспериментально в процес се доводки УПЧ.
Основное внимание при проектировании и наладке УПЧ уделяется термостабилизации коэффициента уси ления, величина которого прямо пропорциональна пря мой проходной проводимости транзистора. Прямая про ходная проводимость уменьшается с повышением темпе ратуры
|
|
| У 2 1 11= |
I^211( 1+ Ô2iA/), |
|
||
где |
|y 2i | , —значение |
прямой |
проходной |
проводимости |
||
при |
температуре /; |
|K2i | — ее |
величина |
при t = 20°С; |
||
Ô21 — температурный |
коэффициент проводимости. |
|||||
В режиме |
жесткой |
стабилизации рабочей точки |
||||
у дрейфовых |
германиевых транзисторов |
[31] ô2i= —(2 -5- |
||||
4)10~3 град-1. У кремниевых транзисторов Ô21 в несколь ко раз меньше. Усилительный потенциал каскада (5.9) с учетом приведенных соотношений записывается в виде
к __ |
\Yu\t |
_ |
2 V |
gntg22t |
1 ^ 0 + ^1 1 ^ 0 0 + ^22^0 |
где KMÎ — усилительный потенциал каскада при темпе ратуре, равной t\ Км — его значение при / = 2 0 °С.
Характер зависимости Кмг от температуры опреде ляется типом транзисторов, схемой их питания, рабочей частотой и величиной входящих в схему резисторов. Обычно всегда удается подобрать величины резисторов такими, чтобы обеспечить заданную стабильность коэф фициента усиления каскада. Вопросы температурной стабилизации коэффициента усиления являются общими для линейных усилителей различного назначения (уси лители низких частот, видеоусилители, усилители высо кой частоты и др.). В настоящее время опубликовано большое количество работ [4, И, 17, 25, 30, 51 и др.], посвященных этому вопросу. Однако предлагаемые ме тоды не обеспечивают необходимой точности расчетов, требуют иногда знания редко используемых параметров
транзисторов и подчас чрезмерно громоздки. Значения
сопротивлений резисторов схем термостабилизации, вы численные по формулам, рекомендуемым различными авторами, нередко существенно отличаются друг от дру га и могут быть рекомендованы как ориентировочные. В процессе наладки каскадов УПЧ величины сопротивле ний этих резисторов практически всегда уточняются экс периментально.
Обоснование теории и инженерных методов расчета рассмотрен ных схем температурной стабилизации применительно к УПЧ выхо дит за рамки настоящей книги. Поэтому ограничимся рассмотрением наиболее простой (нс уступающей другим по точности) методики расчета, исходящей из того, что условием стабильности коэффициен та усиления каскада УПЧ является равенство относительного изме нения коллекторного тока в рабочей точке и нормированного диапа зона рабочих температур:
где |
7'о = 293°К; Тм—Тт — диапазон рабочих температур в граду |
|||||
сах |
К. |
|
|
|
|
|
|
И с х о д н ы е д а н н ы е д л я р а с ч е т а |
|
||||
|
Напряжение источника питания Ек. |
|
|
|||
|
Напряжения еКэ, ток /ок в исходной рабочей точке при Т=Т0_ |
|||||
|
Рабочий интервал температур Гм—Тт. |
|
||||
|
Обратный коллекторный ток / ко при |
Т = Т 0. |
|
|||
|
Вспомогательные параметры: / и Ù, значения которых вычисля |
|||||
ются по формулам |
|
|
|
|||
|
|
/ --= / к02еГ“_Го/'° |
U = 1,8 (Гм - Тт). |
|||
|
Расчетные соотношения для резисторов термостабилизации име |
|||||
ют следующий вид. |
|
|
|
|||
|
1. |
Схема |
с отрицательной обратной связью по постоянному току |
|||
(рис. 8.6,а) |
|
|
|
|
|
|
|
‘ |
/?а = |
( 0 . 6 - 1 ,0 ) 4 22-. |
#Ф = |
1он |
- Я „ |
|
|
|
1ОН |
|
|
|
г, ___________/ W OK
Е« - /о Л в
Если оказалось, что Лф^О, то целесообразно в первой формуле
взять |
меньшее |
значение численного |
коэффициента, |
либо увели |
чить Ек. |
с комбинированной |
отрицательной |
обратной связью |
|
2. |
Схема |
|||
(рис. |
8.6,в). |
|
|
|
Сопротивления резисторов R?, и Rф вычисляются по формулам предыдущего случая, а резисторов R\ и Rï.
|
. R ^ J L |
D _____ (^i "h R<b) ^ок |
||
|
f R3 I ’ R' ~ |
^ - ( Я з + Л ф ) / о к ’ |
||
где /?'i — значение сопротивления |
резистора Æi, вычисленное по |
|||
формулам предыдущего случая. |
батарей (рис. 8.6,г) |
|||
3. Схема |
с питанием |
от |
двух |
|
Я, = |
и I ( 7’- ~ |
Гт |
/,. - |
/) , £„ = Я3/ок + в*. |
Величина £о округляется в сторону увеличения до ближайшего стандартного напряжения источника питания цепи базы. После это го уточняется R3 и рассчитывается Rф по формулам
Ra = (Е б—Сбэ)//ок,
R ф = ( Е к— бно) //ок*
Изменения температуры меняет величину обратной проходной проводимости транзистора и глубину внутрен ней обратной связи в каскадах УПЧ, что может ухуд шить устойчивость последних. Обратная проходная про водимость транзистора несколько уменьшается с увели чением температуры [4] по закону, близкому к линей ному:
|У121* = I У12I (1+ àioàt) ,
где |Ki2|* — значение модуля |
обратной |
проходной про |
|||
водимости |
при |
температуре, |
равной |
/; |
|Ki2| — ее значе |
ние при 20 |
°С; |
ôi2 — температурный |
коэффициент обрат |
||
ной проходной проводимости. В режиме жесткой стаби
лизации рабочей точки |
ôi2 = —(0,2 |
0,5) 10-3 |
град-t. |
|||
Устойчивый коэффициент усиления каскада УПЧ про |
||||||
порционален |
величине |
|
активности |
транзистора (см. |
||
табл. 7.1). |
|
|
величины |
|Ki2|* по сравнению |
||
Небольшие изменения |
||||||
с изменениями |
величины |
|K2ij* |
вызывает |
уменьшение |
||
активности транзистора |
|
|
|
|
|
|
|
At = Y |
I |
^21 I il I |
^12 |
I ь |
|
поэтому устойчивость каскадов УПЧ следует обеспечи вать прежде всего при максимальной рабочей темпера туре.
В каскадах с нейтрализацией или коррекцией вну тренней обратной связи температурные изменения об
ратной проходной проводимости, вызванные главным об разом изменениями емкости См, приводят к нарушению условий нейтрализации или коррекции. Ослабление это го недостатка достигается использованием в цепях ней трализации и коррекции конденсаторов с отрицательным ТКЕ примерно той же величины, что и ТКЕ емкости Ci2.
8.8. СОСТАВЛЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УПЧ НА УНИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
Свойства униполярных транзисторов близки к свойствам элек тронных ламп. Это делает весьма схожими и принципиальные схемы их каскадов на тех и других усилительных приборах.
Цепь затвора. В зависимости от типа полевого транзистора ис пользуются два режима.
1. Обедненный режим, характеризующийся уменьшением прово димости канала при увеличении от нуля напряжения смещения на участке затвор — исток.
2. Обогащенный режим, отличающийся увеличением проводимо сти канала при возрастании от нуля напряжения смещения на уча стке затвор — исток.
Транзисторы с р-п переходом работают только в обедненном режиме. Полевые МДП-транзисторы с индуцированным каналом ис пользуются только в обогащенном режиме. Полевые МДП-транзи сторы со встроенным каналом могут работать как в обедненном, так и в обогащенном режиме. Наиболее распространенные схемы пита ния цепей затвор — исток полевых транзисторов с р-п переходом изо бражены на рис. 8.15. Схемы, аналогичные рис. 8.15,0, е, применя ются в каскадах на МДП-транзисторах с индуцированным каналом. Все варианты схем рис. 8.15 могут применяться в каскадах на МДПтранзисторах со встроенным каналом.
Цепь затвора может быть выполнена по параллельной (рис. 8.15,а, б) или последовательной (рис. 8.15,0, г) схеме. Парал лельная схема используется в одноконтурных каскадах, последова тельная — в двухконтурных. Резистор R3 при параллельном питании затвора уменьшает входное сопротивление каскада и увеличиваетего шумы. Поэтому в узкополосных и малошумящих каскадах целе сообразно применение последовательной схемы цепи затвора.
Сопротивление |
резистора |
R t выбирается |
от десятых |
долей до |
|||
единиц мегом. Величины Rn и Си вычисляются по формулам: |
|||||||
Rn—Enlln, с„ ^ |
(20^-50)/2я/о^и, |
|
|
||||
где Еп, I» — напряжение смещения |
на участке затвор — исток и ток |
||||||
истока в рабочей точке. |
|
|
|
|
|
|
|
При усилении |
слабых |
сигналов |
транзистор |
может |
работать |
||
при нулевом смещении (в схемах |
рис. 8.15,6, |
г, д |
элементы Rn, Си |
||||
будут отсутствовать). |
|
|
|
|
|
|
|
Значения сопротивления |
резистора |
/?ф и |
емкость конденсатора |
||||
Сф определяются в результате расчета системы АРУ. Типичные их величины У?ф=0,1 Мом, Сф=0,1 мкф. Если каскад на униполярном
транзисторе должен |
работать в широком интервале температур, то |
в нем напряжение |
смещения на затвор подается с делителя |
где Ес — напряжение источника питания; ecu — напряжение сток — исток п рабочей точке; / с — ток стока.
Емкость конденсатора Сф может быть рассчитана по формуле (8.51).
Для ослабления влияния внутренней обратной связи иногда применяют каскодные соединения униполярного и биполярного тран зисторов (рис. 8.17). Такие схемы обеспечивают весьма высокую развязку входного и выходного контуров, имеют небольшую входную проводимость, хорошо работают в широком диапазоне температур, дают большое усиление при малом уровне перекрестной модуля ции.
8.9. ПРОВЕРКА КАСКАДОВ УПЧ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
Электрический расчет принципиальной схемы начи нается с проверки каскадов на устойчивость путем сравнения максимального устойчивого коэффициента усиления
К у, = 0,5 т/Т у п \1 \У ,,\ |
(8.60) |
с резонансным коэффициентом усиления каскада /Ср, определенным без учета влияния внутренней обратной связи в усилительном приборе. Проверка выполняется отдельно для предварительных и для оконечного каска дов. Соотношения для расчета резонансных коэффици ентов усиления каскадов по напряжению приведены в табл. 8.3. Степень влияния внутренней обратной связи
характеризуется величиной |
отношения |
Лр/Àyi (табл. 8.4), |
||
Приведенные в таблице |
граничные |
значения |
/C P// C y i = |
|
= 1,2 и /Ср//СУ1 = 3, соответствующие различным |
степеням |
|||
неустойчивости, |
являются |
ориентировочными. |
Граница |
|
между слабой |
и умеренной степенями неустойчивости |
|||
может изменяться в пределах 1 ,2 —2 , а между умеренной и сильной — от 2 до 4.
Порядок расчета элементов межкаскадных цепей устойчивости каскадов (в том числе и преобразователя частоты) приведен в § ’8.10 .
В неустойчивых каскадах приходится принимать специальные меры по повышению устойчивости, завися щие от степени неустойчивости. При слабой неустойчи вости применяются способы пассивного метода повыше ния устойчивости. Если степень неустойчивости умеренная, то используются способы активного метода повышения устойчивости. В случае сильной неустойчивости по вышение устойчивости достигается одновременным при менением обоих методов.