Коэффициент шума

Диапазон рабочих частот.

Усилители радиочастоты

Общие сведения

Каскад УРЧ состоит из усилительного прибора (УП) и резонансной нагрузки (резонансного контура) (рис. 3.3.12, а),В качестве усилительных приборов могут быть использованы: электронная лампа, транзистор, полевой транзистор. Нагрузкой каскада является входное сопротивление следующего каскада.

Применение резонансного контура необходимо для получения частотной избирательности и повышения коэффициента усиления каскада. При настройке нагрузки в резонанс на частоте сигнала компенсируется вредное влияние

Рис.3.3.12

распределенной емкости каскада и значительно увеличивается усиление по сравнению с усилением при нерезонансной нагрузке. Частотная характеристика каскада приведена на рис. 3.3.12, б. Она соответствует частотной характеристике контура, который шунтируется сопротивлениями схемы.

Выходное сопротивление усилительного каскада и входное сопротивление следующего каскада шунтируют контур, а это увеличивает его затухание, расширяет полосу пропускания и уменьшает резонансное сопротивление, что снижает коэффициент усиления каскада. Поэтому связь контура с УП и входом следующего каскада выбирают из условия допустимого увеличения затухания.

Все УП имеют внутреннюю обратную связь, которая наименьшая у ламп. Поэтому величина связи УП с контуром влияет на устойчивость работы каскада. При сильной связи увеличивается коэффициент усиления каскада, что может привести к генерации (самовозбуждению). Следовательно, связь УП с контуром выбирается из двух условий: получения допустимого увеличения затухания контура и обеспечения устойчивой работы каскада.

Лампы и полевые транзисторы имеют относительно большие входное и выходное сопротивления, но связь их с контуром выбирают относительно небольшой для выполнения условия устойчивой работы каскада.

Биполярные транзисторы имеют относительно малые входное и выходное сопротивления и значительную внутреннюю обратную связь. Поэтому применяют слабую связь с контуром со стороны выхода транзистора и входа следующего каскада.

Для упрощения схемы приемника каскады УРЧ выполняют с одним контуром, а их число не превышает трех четырех.

УРЧ должен:

усиливать полезный сигнал;

снижать коэффициент шума приемника и тем самым повышать его чувствительность;

обеспечивать избирательность по зеркальному каналу.

Электрические характеристики УРЧ

Резонансный коэффициент усиления по напряжению (или по мощности)

Ко =Uвых/ Uвх, (3.3.4)

где Uвх, Uвых – напряжения на входе и выходе при резонансе.

Избирательность по зеркальному каналу показывает, во сколько раз резонансный коэффициент усиления каскада Ко больше коэффициента усиления на частоте зеркального канала.

Линейные искажения. Определяются АЧХ и ФЧХ усилителя.

Нелинейные искажения. Обусловлены нелинейностью амплитудной характеристики усилителя.

Устойчивость. Характеризуется отсутствием самовозбуждения.

Динамический диапазон. Это отношение максимальной амплитуды входного сигнала, при которой искажения допустимы, к входному сигналу, соответствующему чувствительности приемника.

Кроме того, УРЧ должен потреблять малую мощность от источника питания, быть механически прочным, иметь небольшие габариты и вес, стоимость и т. п.

УРЧ классифицируют по следующим признакам:

—по способу включения нагрузки к УП;

—по виду связи УП с контуром;

—по виду связи входа следующего каскада с контуром.

При различном включении нагрузки к УП получаются разные
общие точки для входа и выхода и, следовательно, разные схемы каскадов: с общим катодом, с общим эмиттером и т. п.

В большинстве случаев УРЧ работают в диапазоне частот f_0ДМИН-f_{од макс}, который разбивают на поддиапазоны, а в некоторых случаях на одной или нескольких фиксированных частотах. Настраивать контур можно изменением, его индуктивности или емкости. При изменении индуктивности контура резко изменяется с частотой его затухание, полоса пропускания и резонансное сопротивление. Поэтому контур настраивают изменением емкости. Диапазон частот приемника разбивают на поддипазоны с коэффициентом перекрытия диапазона Кд.

Смену поддиапазонов осуществляют переключением катушек индуктивности, а настройку внутри поддиапазона производят конденсатором переменной емкости С_к (рис. 3.3.13). Фиксированные частоты обеспечивают включением контуров, настроенных на заранее выбранные частоты.

Рис. 3.3.13

Для выравнивания начальной емкости контуров и подгонки ихиндуктивности при регулировке приемника в заводских условиях параллельно каждой катушке включают подстроечный конденсатор С_п, а катушки выполняют с сердечником из магнитодиэлектрика, или латуни.

В зависимости от рабочего диапазона частот применяют различные резонансные системы.

1. f < 300 МГц - контуры с сосредоточенными параметрами. Параметры контура: d_K > 0,01, Кпд < 3.

2. f> 300 МГц, возможно применение контуров с сосредоточенными параметрами в микроисполнении.

3.f= 300 -3000 МГц (дециметровый диапазон) — резонансные линии: коаксиальные, полосковые симметричные и несимметричные. Параметры ре­зонансных линий: Qл < 1000, К_пд <4.

4.f= 3000 — 30 000 МГц (сантиметровый диапазон) —объемные резона­торы. Параметры объемных резонаторов: Q_Р=10 000, К_пд <3.

Схемы каскадов усилителей радиочастоты

Различные включения нагрузки (резонансного контура) УП при­водят к разным схемам каскадов. При включении нагрузки УП между анодом и катодом лампы, коллектором и эмиттером транзистора и стоком и истоком полевого транзистора (рис. 3.3.14, а)получаются следующие схемы каскадов, обладающие общими свойствами:

—с общим катодом (ОК);

—с общим эмиттером (ОЭ),

—с общим истоком (ОИ),

Рис.3.3.14

При включении нагрузки УП между анодом и сеткой лампы, кол­лектором и базой транзистора и стоком и затвором полевого транзисто­ра(рис.3.3.14,б) получаются следующие схемы каскадов, обладающие общими свойствами:

—с общей сеткой (ОС),

—с общей базой (ОБ),

—с общим затвором (ОЗ).

В этих схемах общей точкой для входа и выхода являются соот­ветственно: катод, эмиттер, исток, сетка, база и затвор. Отсюда схемы и получили названия: ОК, ОЭ и т. д.

Схемы каскадов с общим анодом, общим коллектором и общим стоком не применяют из-за малого усиления и неустойчивой работы, вызванной внутренней положительной обратной связью.

Связь УП и входа следующего каскада с контуром может быть: трансформаторная, автотрансформаторная и непосредственная. Наиболее часто применяют трансформаторную и автотрансформаторную связь УП и входа следующего каскада с контуром. Лампы имеют большое входное сопротивление. Поэтому вход лампы на декаметровых и метровых волнах имеет обычно непосредственную связь с контуром.

Для уменьшения коэффициента шума приемника на частотах f< 1000 МГц применяют триоды в схеме с общей сеткой.

Транзисторы используют на частотах f < 1000 МГц в схемах с общим эмиттером и общей базой. Последнюю схему применяют на более высоких частотах, а первую — на более низких частотах.

Рис. 3.3.15

Полевые транзисторы применяют на частотах f < 1 50 МГц в схеме
сообщим истоком.

Рассмотрим схемы каскадов. Схема каскада с ОК и непосредственным включением контура к лампе и входу следующего каскада приведена на рис. 3.3.15,а.

Схема каскада с OК при трансформаторном включении контура к лампе и непосредственномвключении входа следующего каскада приведен а на рис. 3.3.15,б

Схема каскада с ОК и двойным автотрансформаторным включением контура со стороны лампы и входа следующего каскада приведена на рис. 3.3.15,в.

В рассмотренных схемах используют последовательное питание анодной цепи лампы. Эти схемы могут находить применение вплоть до диапазона метровых волн. Следует отметить, что аналогичные схемы на биполярных транзисторах (см. ниже) в диапазонах декаметровых и метровых волн к настоящему времени вытеснили схемы, представленные на рис.3.3.13.

Схема каскада с ОС и двойным автотрансформаторным включением
контура приведена на рис. 3.3.16.

Рис.3.3.16

Схема каскада с ОИ при трансформаторном включении контура к полевому транзистору и непосредственном включении входа следующего каскада приведена на рис.3.3.17а.

Схема каскада с ОЗ и автотрансформаторным включением контура приведена на рис. 3.3.17б.

Рис.3.3.17

Схема каскада с ОЭ. при трансформаторном включении контура к транзистору и автотрансформаторном включении следующего каскада приведена на рис. 3.3.18, a.

Схема каскада с ОЭ при автотрансформаторном включении контура к транзистору и трансформаторном включении следующего каскада приведена на рис. 3.3.18б.

Схема каскада с ОБ и автотрансформаторным включением контура к транзистору и трансформаторным включением входа следующего каскада приведена на рис. 3.3.18в.

Рис.3.3.18