Radiofrekvenčni ojačevalnik. Kako deluje zvočni ojačevalnik? Vezja, konstrukcije in značilnosti ojačevalnikov

10.1 Namen in glavne značilnosti radiofrekvenčnega ojačevalnika

Ojačanje na frekvenci sprejetega signala se izvaja z uporabo radiofrekvenčnih ojačevalnikov (RFA). Poleg ojačanja je treba zagotoviti tudi frekvenčno selektivnost. V ta namen ojačevalniki vsebujejo resonančne elemente medstopenjske sklopitve: posamezne nihajne kroge ali sisteme sklopljenih vezij.

Ojačevalniki območja morajo imeti vezja za spremenljivo uglaševanje. Najpogosteje se izvajajo enokrožno.

V srednje visokofrekvenčnih območjih Aktivni element ojačevalnika je vakuumska cev ali tranzistor.

Mikrovalovna pečica uporabljajo se ojačevalniki z elektronkami s potujočimi valovi, tunelske diode, parametrični in kvantni ojačevalniki.

Večina sodobnih sprejemnikov uporablja enostopenjske ojačevalnike. Manj pogosto lahko AMP z visokimi zahtevami glede selektivnosti in vrednosti šuma vsebujejo dve ali več stopenj.

Osnovne električne lastnosti ojačevalnikov:

1. Resonančni napetostni dobiček

Pri pasovnih ojačevalnikih se resonančno ojačanje določi na srednji frekvenci pasovnega pasu.

Povečanje moči pokličite razmerje med močjo v obremenitvi in ​​močjo, porabljeno na vhodu ojačevalnika:

kjer je aktivna komponenta vhodne prevodnosti ojačevalnika; - aktivna komponenta prevodnosti bremena.

Obremenitev RF ojačevalnika največkrat služi kot vhod naslednje stopnje ojačevalnika ali frekvenčnega pretvornika.

2.Selektivnost ojačevalnika prikazuje relativno zmanjšanje ojačanja za dano razglasitev. Včasih je selektivnost označena s koeficientom kvadratnosti.

3. Številka hrupa določanje šumnih lastnosti ojačevalnika.

4. Popačenje signala v ojačevalniku. V RF frekvenčnih popačenjih so lahko: nelinearna, ki jih povzroča nelinearnost značilnosti aktivnega elementa, in linearna - amplitudno-frekvenčna in fazno-frekvenčna.

5. Stabilnost ojačevalnika je določena z njegovo sposobnostjo ohranjanja osnovnih lastnosti med delovanjem, pa tudi z odsotnostjo nagnjenosti k samovzbujanju.

10.2 RF ojačevalna vezja

V radiofrekvenčnih ojačevalnikih se uporabljata predvsem dve shemi za povezovanje aktivnega elementa: s skupno katodo (OC) in skupno mrežo (GC) v cevnih ojačevalnikih; s skupnim oddajnikom (CE) in skupno bazo (CB) v tranzistorskih (bipolarnih) ojačevalnikih; s skupnim izvorom (CS) in skupnimi vrati (G) v kaskadah na osnovi tranzistorjev na efekt polja.

Ojačevalniki s skupno katodo (emiter, vir) v območjih kilometrskih, hektometrskih, dekametrskih in metrskih valov omogočajo doseganje največjega povečanja moči v primerjavi z drugimi preklopnimi shemami.

Ojačevalniki s skupno mrežo (osnova, vrata) so bolj odporni na samovzburjenje. Zato se v decimetrskem območju valovnih dolžin cevni ojačevalniki uporabljajo samo v vezju s skupno mrežo.

Tranzistorski ojačevalniki s skupno bazo (gate) se uporabljajo tudi na daljših pasovih valovnih dolžin.

Principi konstrukcije in analize resonančnih ojačevalnikov so enaki za različne sheme vklop ojačevalnih naprav, zato bomo obravnavali predvsem ojačevalnike s skupno katodo (emiter, vir).

Glede na način povezovanja vezja z aktivnimi elementi se razlikujejo vezja z direktno, avtotransformatorsko in transformatorsko sklopko.

Vezja z direktno zanko uporablja se za visoke vhodne in izhodne upornosti aktivnega elementa (na primer v ojačevalnikih na osnovi vakuumskih cevi in ​​tranzistorjev na polju).

Slika 10.1 Resonančni tranzistorski ojačevalnik z učinkom polja

Razmislimo o vezju resonančnega ojačevalnika, ki temelji na tranzistorju z učinkom polja (slika 10.1).

Njegova razlika od upora je, da je vključen v odtočno vezje nihajni krog, ki vsebuje induktivnost in kapacitivnost, . Vezje je nastavljeno na resonančno frekvenco z uporabo spremenljivega kondenzatorja.

Pri resonančni frekvenci ima vezje največji ekvivalentni aktivni upor. V tem primeru bo ojačanje ojačevalnika največje, imenovano resonančno. Pri frekvencah, ki niso resonančne, se ekvivalentni upor in ojačanje zmanjšata, kar določa selektivne lastnosti ojačevalnika.

Ker je vrednost kapacitivnosti kondenzatorja 50–100-krat večja od največje kapacitivnosti kondenzatorja, je resonančna frekvenca vezja praktično določena s parametri in.

Vezje uporablja zaporedno odvodno moč prek ločilnega filtra in induktivnosti (pri tranzistorjih z učinkom polja je odtok in vir mogoče zamenjati). Začetni način na vratih je določen z velikostjo padca napetosti toka vira za . Kapacitivnost odpravlja negativne povratne informacije izmenični tok. Ločilni kondenzator. Upor služi za dovajanje začetne napetosti na vrata.

Tranzistorji na učinku polja z izoliranimi vrati omogočajo pridobitev zelo majhne vrednosti prepustne kapacitivnosti, kar zagotavlja stabilno delovanje ojačevalnika tudi pri mikrovalovnih frekvencah, z zmogljivostjo, ki je boljša kot pri elektronskih elektronkah.

Vezja z avtotransformatorjem in transformatorsko sklopko vam omogočajo, da nastavite zahtevano količino povezave med vezjem in aktivnimi elementi, da dosežete določeno selektivnost in ojačanje ter povečate stabilnost ojačevalnika.

Avtotransformator in transformatorska komunikacijska vezja Uporabljajo se tako v cevnih kot v tranzistorskih ojačevalnikih, vendar je njihova uporaba še posebej značilna v ojačevalnikih, ki temeljijo na bipolarnih tranzistorjih, zaradi relativno nizkih vhodnih in izhodnih uporov tudi pri relativno nizkih frekvencah.

Oglejmo si komunikacijska vezja avtotransformatorja in transformatorja z uporabo ojačevalnikov na osnovi bipolarnih tranzistorjev kot primer (slika 10.2, 10.3).

Slika 10.2 prikazuje vezje z dvojno avtotransformatorsko povezavo vezja s tranzistorji. Njegova razlika od diagrama na sliki 10.1 je v tem, da je vezje povezano z ojačevalnimi napravami s pomočjo odcepov s transformacijskimi razmerji in . Napajalna napetost se napaja v kolektor skozi ločilni filter in del obratov induktorja vezja. Začetni način in stabilizacija temperature sta zagotovljena z uporabo uporov. Kapacitivnost odpravlja negativne AC povratne informacije. Kondenzator je ločilni kondenzator, ki preprečuje vstop napajalne napetosti kolektorja v bazno vezje.

Slika 10.2 Vezje z dvojno avtotransformatorsko sklopko

Slika 10.3 prikazuje vezje s transformatorsko sklopko.

Slika 10.3 Transformatorsko sklopljeno vezje

Vezje ima transformatorsko povezavo s kolektorjem tranzistorja dane stopnje in avtotransformatorsko povezavo z vhodom naslednjega. Povezava transformatorja je strukturno bolj priročna (bolj fleksibilna).

Skupno vsem shemam je dvojna delna vključitev vezja. Popolno vključitev lahko obravnavamo kot poseben primer, ko so vključitveni (transformacijski) koeficienti enaki ena.

10.3 Povratna zveza v radiofrekvenčnih ojačevalnikih

V ojačevalnikih kot celoti in v njegovih posameznih stopnjah so vedno oblikovana vezja, ki ustvarjajo poti za prehod ojačenega signala od izhoda do vhoda. Te verige ustvarjajo povratne informacije.

Z močnimi pozitivnimi povratnimi informacijami lahko pride do samovzbujanja in ojačevalnik se spremeni v generator zveznih nihanj. Če zaradi povratne informacije ojačevalnik ni vzbujen, ampak je blizu samovzbujanja, bo njegovo delovanje nestabilno.

Z najmanjšo spremembo parametrov ojačevalne naprave, na primer zaradi spremembe napajalne napetosti, temperature, se bo ojačenje in pasovna širina ojačevalnika močno spremenila. Zato za ojačevalnik velja zahteva po stabilnosti, kar pomeni ne le potrebo po odsotnosti samovzbujanja, temveč predvsem stalnost njegovih parametrov med delovanjem.

Razlogi za nastanek povratnih informacij v ojačevalnikih:

1. Prisotnost notranje povratne prevodnosti v ojačevalnih napravah, ki povezujejo vhodna in izhodna vezja kaskad.

2. Komunikacija preko skupnih napajalnikov več ojačevalnih stopenj.

3. Induktivne in kapacitivne povratne informacije, ki nastanejo med žicami ožičenja, tuljavami in drugimi deli ojačevalnika.

Povratne informacije v ojačevalnikih so možne preko skupnih močnostnih tokokrogov, preko zunanjih elementov vezja, preko prevodnosti notranje povratne zveze aktivnega elementa. Prvi dve vrsti povratnih informacij je načeloma mogoče odpraviti z racionalno zasnovo vezja in ojačevalnika.

Povratna informacija prek skupnega napajanja v večstopenjskih vezjih, kjer je sklopni element njegov notranji upor, je eden od pomembnih razlogov za nestabilnost ojačevalnikov.

Te povratne informacije oslabimo do zahtevane mere z uvedbo ustreznih ločilnih filtrov v ojačevalnik, sestavljenih iz uporov in kapacitivnosti, ter z zmanjšanjem notranjega upora napajalnika za izmenične tokove (na primer z ranžiranjem z veliko kapacitivnostjo).

Škodljive magnetne in kapacitivne povratne informacije odpravimo z racionalno zasnovo ojačevalnika in njegovo vgradnjo ter oklopom glavnih elementov vhodnih in izhodnih vezij posameznih stopenj.

Notranja povratna informacija, ki je v osnovi neločljivo povezana z ojačevalnimi napravami, je glavni razlog nestabilnost ojačevalnika. Zato je treba pri izračunu ojačevalnikov upoštevati njegovo prisotnost.

Poglejmo si vpliv notranjih povratnih informacij. Notranja povratna informacija v ojačevalniku je posledica povratne prevodnosti.

Slika 10.4 prikazuje poenostavljeno shemo vezja ojačevalne stopnje s povezavo avtotransformatorskega vezja jaz v vhodno vezje in vezje II v izhodno vezje ojačevalnika.

Slika 10.4 O vplivu notranjih povratnih informacij

Predpostavimo, da konture jaz in II Med seboj so precej dobro zaščiteni, v napajalni tokokrog pa so vključeni blokirni filtri. V tem primeru bo edini vir povratne informacije, ki lahko povzroči samovzbujanje ojačevalnika, prevodnost ojačevalne naprave.

Prisotnost notranje povratne informacije preko prevodnosti v ojačevalnih napravah vodi do vpliva obremenitve in izhodne prevodnosti ojačevalne naprave na njeno vhodno prevodnost in spremeni njen značaj.

10.4 Stabilnost radiofrekvenčnega ojačevalnika

Prisotnost notranjih povratnih informacij v ojačevalnih napravah vodi do medsebojnega vpliva RF vezij (vhod I in izhod II, slika 4), pa tudi do nestabilnosti med delovanjem glavnih parametrov ojačevalnika: dobiček, pasovna širina, selektivnost itd.

Poleg tega kompleksna narava prevodnosti in prevodnosti ojačevalne naprave vodi do kompleksne odvisnosti od frekvence tega vpliva.

V vhodno vezje I se vnese dodatna prevodnost, ki je v splošnem primeru kompleksne narave in povzroča popačenje v obliki njegovega frekvenčnega odziva.

Ta popačenja so močnejša, čim večje je ojačenje ojačevalnika.

Za normalno in stabilno delovanje RF ojačevalnika je potrebno zagotoviti majhno spremembo oblike njegovega frekvenčnega odziva pod vplivom notranje povratne informacije. Da bi to naredili, je treba določiti največjo vrednost kaskadnega ojačanja, pri kateri ta popačenja še ne bodo vplivala na kakovost ojačevalnika.

Takšna izkrivljanja frekvenčnega odziva pod vplivom notranjih povratnih informacij vodijo do nestabilnosti njegove oblike. Majhne spremembe parametrov ojačevalne naprave, ki jih povzročajo neizogibne spremembe temperature ali napajanja med delovanjem, povzročijo spremembo oblike frekvenčnega odziva.

Da oblika frekvenčnega odziva vhodnega vezja in njegove pasovne širine nista močno popačena, je potrebno, da prevodnost, ki jo vnese povratna zveza, praktično ne vpliva na celotno prevodnost vhodnega vezja.

Ojačevalnik velja za stabilnega (deluje enakomerno), če notranja povratna informacija ojačevalne naprave nekoliko spremeni obliko njegovega frekvenčnega odziva in pasovne širine.

Za količinsko opredelitev stopnje stabilnosti se uporablja koeficient stabilnosti, ki označuje vpliv notranje povratne zveze na popačenje frekvenčnega odziva vhodnega vezja.

Koeficient stabilnosti je enak razmerju

kjer je ekvivalentni upor, faktor kakovosti in pasovna širina vhodnega vezja brez upoštevanja vpliva notranje povratne zveze;

Ekvivalentni upor, faktor kakovosti in pasovna širina vhodnega vezja ob upoštevanju vpliva notranje povratne zveze.

Tako je merilo stabilnosti vzeto kot vrednost, ki kaže, kolikokrat se faktor kakovosti in pasovna širina vhodnega vezja spremenita zaradi vpliva notranje povratne zveze.

Če ni povratnih informacij, potem.

Če je povratna vezava popolnoma kompenzirala izgube v vhodnem vezju in je ojačevalnik samovzbujen, potem .

Tako se koeficient stabilnosti spreminja od 0 do 1. Večji kot je koeficient stabilnosti, dlje kot je ojačevalnik od stanja samovzbujanja, manjše je popačenje oblike njegovega frekvenčnega odziva in sprememba pasovne širine.

Možno je dovoliti spremembo pasovne širine vhodnega vezja pod vplivom notranje povratne informacije za (10-20)%, za kar se običajno vzame.

Večstopenjski ojačevalniki so bolj nagnjeni k samovzbujanju zaradi prevodnosti kot enostopenjski ojačevalniki.

10.5 Popačenje v RF ojačevalnikih

Ojačani RF signali imajo običajno kompleksna oblika, tj. so sestavljeni iz nihanj različnih frekvenc z različnimi amplitudami in fazami. RF ojačevalnik lahko v ojačani signal vnese naslednje vrste popačenj: amplitudno-frekvenčno, fazno-frekvenčno in nelinearno.

Ker je pasovna širina RF ojačevalnika običajno precej širša od pasovne širine glavne selektivne poti vmesnih frekvenc, RF ojačevalnik praktično ne vnaša amplitudno-frekvenčnih popačenj v ojačen signal. Takšni AMP praktično ne povzročajo fazno-frekvenčnih popačenj, saj so širokopasovni in običajno ne vsebujejo več kot dveh stopenj.

Izjema je RF frekvenčno območje kilometrskih valov (10-500 kHz).

Največjo nevarnost pri regulaciji RF frekvence predstavljajo nelinearna popačenja. Če je značilnost ojačevalne naprave nelinearna za območje amplitud uporabnega signala na vhodu ojačevalnika, se lahko v njej pojavijo nelinearna popačenja.

Ko je amplituda motečih signalov velika in so značilnosti ojačevalne ojačevalne naprave nelinearne, pride do nelinearne interakcije med uporabnimi in motečimi signali.

Posledično se pojavijo nelinearni pojavi, kot so:

Navzkrižna modulacija;

Zamašitev koristnega signala z motečim signalom;

Medsebojna modulacija (intermodulacija) med motečimi signali, katerih frekvence ne sovpadajo s frekvenco uglaševanja ojačevalnika, produkti njihove interakcije padejo v pas uporabnega signala ali sovpadajo s frekvencami dodatnih sprejemnih kanalov.

Navzkrižna modulacija se kaže v tem, da na izhodu RF ojačevalnika obstaja signal moteče postaje, ki se po frekvenci bistveno razlikuje od signala sprejete postaje (uporabne), na frekvenco katere je nastavljen RF ojačevalnik. hkrati s koristnim signalom.

Ko postaja, na katero je uglašena frekvenca, preneha delovati (koristni signal izgine), moteči signal popolnoma izgine.

Navzkrižna modulacija se pojavi v enoti za krmiljenje RF frekvence, ko dva ali več (uporabnih in motečih) signalov hkrati delujeta na njenem vhodu, od katerih je vsaj eden moteči signal velike amplitude.

Ta signal višje amplitude premakne delovno točko ojačevalne naprave na nelinearnem delu njene karakteristike z lastno frekvenco.

Posledično pride do spremembe naklona karakteristike ojačevalne naprave zaradi delovanja močnega motečega signala in prenosa modulacije z motečega signala na koristnega.

V tem primeru se zaznavnost uporabnega signala poslabša, pri visokih stopnjah motenj pa sprejem postane nemogoč.

Količina navzkrižne modulacije ni odvisna od amplitude želenega signala, zato je ni mogoče zmanjšati s povečanjem amplitude želenega signala.

V kratkovalovnem območju lahko raven motečih signalov na vhodu ojačevalnika doseže enote in celo desetine voltov.

Zamašitev URF z motnjami je zmanjšanje ojačanja URF in ustrezno oslabitev uporabnega signala pod vplivom motečega signala blizu frekvence in zelo velike amplitude.

Frekvenčni pas, v katerem opazimo ta pojav, se imenuje pas blokade.

Pojav zamašitve je razložen z enakimi razlogi kot navzkrižna modulacija.

Pri zelo velikih amplitudah motečih signalov ne pride le do modulacije naklona, ​​temveč tudi do zmanjšanja njegove povprečne vrednosti; Močno se lahko poveča tudi enosmerna komponenta vhodnega toka ojačevalne naprave.

Medsebojna modulacija (intermodulacija) se pojavi v radiofrekvenčnem ojačevalniku, ko sta na njegovem vhodu istočasno izpostavljena dva ali več motečih signalov (na primer frekvenca in ) velike amplitude, ki segajo preko linearnega delovnega odseka značilnosti ojačevalne naprave.

Kot rezultat medsebojnega delovanja teh signalov se pojavi kombinacijski hrup v obliki:

Nastavitve RF za ujemanje frekvence;

Sovpada s frekvenco ogledala ali dodatnih kanalov;

Sovpada z vmesno frekvenco sprejemnika.

Komponente so še posebej nevarne, saj je vezje ojačevalnika nastavljeno na to frekvenco.

Eden od najboljše metode boj proti vsem obravnavanim vrstam nelinearnih popačenj je izboljšanje učinkovite selektivnosti ojačevalnika.

Da bi to naredili, je treba povečati selektivnost vhodnega vezja, uporabiti ojačevalne naprave z linearno karakteristiko v prvih stopnjah AMP in ne vključiti prvih stopenj AMP v sistem AGC.

FREKVENČNI PRETVORNIKI

11.1 Namen, blokovni diagram in princip delovanja frekvenčnih pretvornikov

Frekvenčni pretvornik je naprava, ki prenaša spekter radijskega signala iz enega frekvenčnega območja v drugega brez spreminjanja narave modulacije. So del superheterodinskega sprejemnika. Kot rezultat transformacije dobimo novo frekvenčno vrednost, imenovano vmesni. Frekvenca je lahko višja ali nižja od frekvence signala; v prvem primeru se frekvenca pretvori navzgor, v drugem - navzdol.

Kot je razvidno iz napetostnih diagramov na vhodu in izhodu pretvornika (slika 11.1), se pri pretvorbi frekvence ne krši zakon modulacije (v tem primeru amplituda), temveč le frekvenca nosilnega nihanja na izhod pretvornika spremeni.

Slika 11.1 Časovni diagrami napetosti na vhodu (a) in izhodu pretvornika (b)

Spekter pretvorjene vibracije (slika 11.2) se je premaknil vzdolž frekvenčne osi v levo (za); vendar se narava spektra ni spremenila.

Slika 11.2 Frekvenčni spekter na vhodu (a) in izhodu pretvornika (b)

Tukaj je frekvenca modulirajočega nihanja; in sta nosilni frekvenci za in .

Za pretvorbo frekvenc v radijskih sprejemnikih se uporabljajo linearna vezja s periodično spreminjajočimi se parametri.

Blok diagram frekvenčne pretvorbe(Slika 11.3) vsebuje pretvorniški element PE, lokalni oscilator G in filter F.

Slika 11.3 Blokovni diagram pretvornika

Način delovanja PE se časovno periodično spreminja pod vplivom napetosti lokalnega oscilatorja s frekvenco lokalnega oscilatorja. Posledično se spremeni strmina I-V karakteristike pretvornega elementa, kar vodi do pretvorbe signala.

Predpostavimo, da sta napetost lokalnega oscilatorja in nekaj začetne prednapetosti uporabljeni na PE s strogo kvadratno tokovno-napetostno karakteristiko (slika 11.4); pri čemer .

Pod vplivom napetosti lokalnega oscilatorja se začne delovna točka PE skozi čas periodično spreminjati in kot izhaja iz slike 11.4 se bo periodično spreminjal tudi naklon delovne točke od do . Ker je , potem je pri kvadratni tokovno-napetostni karakteristiki odvisnost transprevodnosti od napetosti linearna.

Slika 11.4 Volt-amperske karakteristike pretvornika

Posledično se pri kosinusni napetosti tudi nagib spreminja po kosinusnem zakonu in vsebuje konstantno komponento in prvi harmonik. Potem

kjer je konstantna komponenta naklona PE; - amplituda prvega harmonika naklona PE.

PE izhodni tok. Ta formula je približna, ker ne upošteva upornega toka bremena.

Naj signal deluje na vhodu PE, kjer so funkcije časa.

Če nadomestimo vrednosti in v izraz za tok, dobimo

Z uporabo pravila množenja kosinusa pišemo

V skladu z (11.1) tok na izhodu PE vsebuje komponente treh frekvenc: frekvenco signala, frekvenco vsote in frekvenco razlike.

Samo od komponent izhodnega toka komponenta razlike frekvence (uporabna komponenta):

Filter na izhodu frekvenčnega pretvornika izbere samo to komponento izhodnega toka, zato je napetost na izhodu pretvornika določena s tokom.

V skladu z (11.2) je amplituda uporabne komponente izhodnega toka sorazmerna z amplitudo signala, zato se pri pretvorbi frekvence ohrani zakon spremembe amplitude signala (amplitudna modulacija).

Faza toka ustreza tudi fazi prvotnega signala, tj. Med pretvorbo frekvence se fazna modulacija ohrani.

Amplituda toka je odvisna od amplitude harmonike prevodnosti. Ob: ; (pretvorba frekvence ne pride). Več kot je , večja je in s tem večja amplituda toka in amplituda napetosti na izhodu pretvornika.

Frekvenčni pretvorniki so razdeljeni na:

Odvisno od vrste PE: dioda, tranzistor, integrirana;

Odvisno od števila PE: preprosto(en PE), uravnoteženo(dva PE), prstan(štirje PE).

Če , potem se položaj stranskih pasov signala glede na nosilno frekvenco po pretvorbi frekvence ne spremeni ( neinvertirajoči frekvenčni pretvornik).

Če , potem stranske črte po transformaciji zamenjajo mesta, spodnja postane zgornja in obratno ( invertni frekvenčni pretvornik).

Sklepi:

1. Pri pretvorbi frekvence modulacijski zakon vhodna napetost ni motena, ampak se spremeni le nosilna frekvenca.

2. Za pretvorbo frekvence se uporabljajo linearna vezja s periodično spreminjajočimi se parametri.

3. Pod vplivom napetosti lokalnega oscilatorja se način delovanja PE periodično spreminja v času, zaradi česar se strmina PE spreminja s frekvenco. V tem primeru tok na izhodu PE poleg komponente s frekvenco signala vsebuje več kombinacijskih komponent, od katerih ena s frekvenco (običajno ali ), izolirana s filtrom, ustvarja napetost pri izhod frekvenčnega pretvornika.

11.2 Splošna teorija pretvorbo frekvence

Pri analizi frekvenčnega pretvornika se po analogiji z resonančnimi ojačevalniki rešita dva problema:

1) določijo izhodno napetost, za katero najdejo uporabno komponento vmesnega frekvenčnega toka, ki sovpada z resonančno frekvenco filtra, po kateri se izračunajo glavni kazalniki pretvornika - ojačanje, frekvenčni odziv, fazni odziv itd. .;

2) poiščite komponento vhodnega toka pretvornika pri frekvenci signala, ki ustvarja obremenitev za vir signala.

Analizo bomo izvedli pod naslednjimi predpostavkami:

1) predpostavimo, da na PE delujejo tri harmonične napetosti (slika 11.3):

Napetosti na vhodnih in izhodnih filtrih ustvarjajo vhodni in izhodni tokovi različnih kombinacij frekvenc. Običajno so te napetosti majhne, ​​ker so upornosti filtra za kombinirane frekvence zanemarljive;

2) štejemo; , tj. Predvidevamo, da PE deluje linearni način glede na signalno napetost; glede na napetost lokalnega oscilatorja PE vedno deluje v nelinearnem načinu;

3) PE je naprava brez vztrajnosti, ki ne vsebuje kapacitivnih in induktivnih elementov; zato njegov tok ni odvisen od odvodov ali integralov napetosti, uporabljenih na PE. Za PE brez vztrajnosti so vhodni in izhodni tokovi določeni s statičnimi tokovno-napetostnimi karakteristikami:

Tokovna komponenta ne vsebuje uporabne tokovne komponente s frekvenco

Frekvenčna pretvorba je možna pri katerem koli harmoničnem nagibu:

Uporabljena je samo ena od teh vrednosti.

Če je pri , se kliče frekvenčna pretvorba preprosto.

Če je pri , se kliče frekvenčna pretvorba kombinacijski; možno je zaradi pojava harmonikov strmine.

Tako je od vseh komponent izhodnega toka uporabna samo ena s frekvenco:

kjer ustreza (le kadar ima trenutna komponenta vmesno frekvenco).

V izrazu (11.8) prvi člen označuje pretvorbo frekvence, drugi - odziv filtra.

Naklon neposredne pretvorbe po definiciji naklona pri . Glede na (11.8),

kjer je sorazmernostni koeficient med amplitudo izhodnega toka vmesne frekvence in amplitudo signalne napetosti na vhodu s kratkostičnim izhodom PE.

Notranja prevodnost frekvenčnega pretvornika po definiciji pri. V skladu z (7.8) je notranja prevodnost pretvornika enaka konstantni komponenti notranje prevodnosti PE:

Notranji dobiček pretvornika

Ob upoštevanju sprejetega zapisa

11.3 Frekvenčni odziv pretvornika

Frekvenčni odziv frekvenčnega pretvornika razumemo kot odvisnost njegovega prenosnega koeficienta od frekvence vhodnega signala pri fiksni frekvenci lokalnega oscilatorja; frekvenca signala se spreminja v širokem območju.

Naj se kot pretvorniški filter uporabi eno resonančno vezje, uglašeno na frekvenco (slika 11.5).

Slika 11.5 Ekvivalentno vezje pretvornika

S spremembo pri fiksni vrednosti se spremeni vmesna frekvenca.

Slika 11.6 Grafične odvisnosti

Grafične odvisnosti, izdelane po (7.7), so prikazane na sliki 11.6, A. Ob ; pri itd.

Tako se različne vrednosti ujemajo z različne pomene, vrednost pa je odvisna od števila harmonika strmine, pri katerem pride do pretvorbe frekvence. Napetost na izhodnem krogu pretvornika se bo pojavila šele, ko bo izpolnjen pogoj resonance, tj. ob .

Glede na sliko 6 A, pogoj resonance ni izpolnjen pri eni frekvenci signala, ampak pri več frekvencah; zato ima frekvenčni odziv pretvornika več dvigov. Vsak dvig ustreza določeni pasovni širini, skozi katero lahko preidejo komponente spektra signala in motenj do izhoda sprejemnika. Te pasovne širine se imenujejo sprejemni kanali. Vsak kanal ustreza svoji frekvenci signala. Frekvenčni odziv pretvornika je prikazan na sliki 60 b, je oblika frekvenčnega odziva vsakega kanala odvisna od vrste IF filtra.

11.4 Diodni frekvenčni pretvorniki

Aperiodične RF frekvence samo povečajo razmerje med signalom in šumom ter občutljivost sprejemnika. Najpogosteje se uporabljajo v tranzistorskih sprejemnikih z direktnim ojačenjem v LW in SW območju; Kot obremenitev aperiodičnih RF enot lahko

Slika 9. Vezja aperiodičnih stopenj radiofrekvenčnih ojačevalnikov:

a) – upor; b) – transformator.

služi kot dušilka, upor ali transformator. Kaskada upora RF ojačevalnika (sl. 9. a ) je enostaven za implementacijo in konfiguracijo. V transformatorskih URCH (sl. 9.b ) je lažje uskladiti izhod ene stopnje z vhodom naslednje. Poleg tega je mogoče transformatorsko kaskado RF ojačevalnika enostavno pretvoriti v refleksno kaskado.

Resonančni ojačevalniki zagotavljajo ojačanje signala in povečajo ne le resnično občutljivost, temveč tudi selektivnost v zrcalnem kanalu. Tranzistorski resonančni ojačevalniki v območjih DV, MV in KB so sestavljeni po vezju z OE (sl. 10 ), in v območju VHF - po shemi z OB.

Kaskade RF ojačevalnikov lahko vsebujejo eno ali dve resonančni vezji. RF ojačevalnik z eno zanko proizvede manj ojačanja, vendar ga je lažje izdelati in konfigurirati. Induktivno sklopljena vezja vam omogočajo spreminjanje sklopitve in doseganje največjega ojačanja ali najboljše selektivnosti. S spreminjanjem povezave v območju lahko nekoliko kompenzirate neenakomernost koeficienta prenosa vhodnih vezij.

VHF radiofrekvenčni ojačevalniki opravljajo kaskadne sheme. Imajo najboljše lastnosti kot običajni URCH-ji.

Kar zadeva ojačenje, je kaskodni ojačevalnik enakovreden enojnemu kaskadnemu ojačevalniku z neposredno prenosno prevodnostjo prvega tranzistorja in obremenitvijo drugega. Kaskodno vezje se uporablja v ojačevalnikih metrskih valov. Ugodno je izvesti prvo stopnjo vezja na tranzistorju z učinkom polja, ki ima nizko raven hrupa in nizko aktivno vhodno prevodnost, medtem ko bo selektivni sistem sprejemnika, priključen na vhodu kaskodnega ojačevalnika, manj ranžirano. V drugi stopnji je prednosten driftni tranzistor, povezan v skladu z vezjem z O in zagotavljanje najvišjega stabilnega dobička.

Slika 10. RF ojačevalna stopnja.

S to zasnovo kaskodnega vezja ojačevalnika se poveča njegovo stabilno ojačenje, znatno zmanjša raven šuma in poveča selektivnost poti radijskega signala sprejemnika, kar je njihova prednost. Podobne prednosti ponujajo kaskodna vezja (nizka raven šuma in visoko stabilno ojačanje) z uporabo elektronskih cevi, običajno triod, povezanih po vezju skupna katoda - skupna mreža.

Načelo superheterodinskega sprejema.
Zaznavanje in ojačanje nizkofrekvenčnih signalov.

Za povečanje občutljivosti in dejanske selektivnosti heterodinskega sprejemnika mora vhodno vezje zagotavljati koeficient prenosa moči blizu enote v delovnem frekvenčnem območju in največje možno slabljenje izvenpasovnih signalov. Vse to so lastnosti idealnega pasovnega filtra, zato mora biti vhodno vezje zasnovano v obliki filtra.

Pogosto uporabljeno enokrožno vhodno vezje je najmanj primerno za izpolnjevanje zahtev. Za povečanje selektivnosti je potrebno povečati obremenjen faktor kakovosti vezja, oslabiti njegovo povezavo z anteno in mešalnikom ali ojačevalnikom.

Toda takrat bo skoraj vsa moč prejetega signala porabljena v vezju in le majhen del bo prešel v mešalnik ali ojačevalnik. Koeficient prenosa moči bo nizek. Če močno povežete vezje z anteno in mešalno mizo, bo obremenjen faktor kakovosti vezja padel in bo malo oslabil signale sosednjih postaj po frekvenci.

A poleg amaterskih bendov delujejo zelo močne radijske postaje.

Eno vhodno vezje kot predizbirnik se lahko uporablja na nizkofrekvenčnih HF pasovih, kjer so nivoji signala precej visoki, v najpreprostejših heterodinskih sprejemnikih. Povezava z anteno mora biti nastavljiva, samo vezje pa nastavljivo, kot je prikazano na sl. 1.

V primeru motenj močnih postaj lahko oslabite povezavo z anteno tako, da zmanjšate kapacitivnost kondenzatorja C1, s čimer povečate selektivnost vezja in hkrati povečate izgube v njem, kar je enakovredno vklopu dušilnika . Skupna kapacitivnost kondenzatorjev C2 in SZ je izbrana približno 300 ... 700 pF, te tuljave so odvisne od obsega.

Slika 1. Enokrožno vhodno vezje.

Bistveno boljše rezultate dosežejo pasovni filtri, usklajeni na vhodu in izhodu. V zadnjih letih se je pojavila težnja po uporabi preklopnih pasovnih filtrov tudi na vhodu profesionalnih komunikacijskih sprejemnikov širokega razpona. Uporabljajo se oktavni (redko), pol-oktavni in četrtoktavni filtri.

Razmerje med zgornjo in spodnjo frekvenco njihovega prepustnega pasu je 2; 1,41 (koren iz 2) in 1,19 (četrti koren iz 2). Seveda, ožji kot so vhodni filtri, večja je odpornost na hrup širokopasovnega sprejemnika, vendar se število preklopljivih filtrov znatno poveča.

Za sprejemnike, zasnovane samo za amaterske pasove, je število vhodnih filtrov enako številu pasov, njihova pasovna širina pa je izbrana enako širini pasu, običajno z rezervo 10 ... 30%.

Pri sprejemno-sprejemnih napravah je priporočljivo namestiti pasovne filtre med anteno in antenskim oddajno/sprejemnim stikalom. Če ima ojačevalnik moči oddajnika-sprejemnika precej širokopasovno širino, kot je to v primeru tranzistorskega ojačevalnika, lahko njegov izhodni signal vsebuje veliko harmonikov in drugih zunajpasovnih signalov. Pasovni filter jih bo pomagal zatreti.

Zahteva po koeficientu prenosa moči filtra blizu enote je v tem primeru še posebej pomembna. Filtrski elementi morajo vzdržati reaktivna moč, nekajkrat večja od nazivne moči sprejemno-sprejemnega oddajnika.

Priporočljivo je, da izberete karakteristično impedanco vseh pasovnih filtrov, ki bo enaka karakteristični impedanci podajalnika 50 ali 75 ohmov.

Slika 2. Pasovni filtri: a - v obliki črke L; b - v obliki črke U

Klasično vezje pasovnega filtra v obliki črke L je prikazano na sliki 2, a. Njegov izračun je izjemno preprost. Najprej se določi ekvivalentni faktor kakovosti Q = fo/2Df, kjer je fo povprečna frekvenca območja, 2Df pa pasovna širina filtra. Induktivnost in kapacitivnost filtra se določita po formulah:

kjer je R karakteristični upor filtra.

Na vhodu in izhodu mora biti filter obremenjen z upornostjo, ki je enaka karakterističnemu uporu, to sta lahko vhodni upor sprejemnika (ali izhodnega oddajnika) in upor antene.

Neusklajenost do 10 ... 20% praktično ne vpliva na značilnosti filtra, vendar razlika med obremenitvenim uporom in značilnim uporom večkrat močno izkrivlja krivuljo selektivnosti, predvsem v prepustnem pasu.

Če je obremenitveni upor manjši od karakteristične vrednosti, ga je mogoče preko avtotransformatorja priključiti na odcep tuljave L2. Upornost se bo zmanjšala za faktor k2, kjer je k preklopni faktor, ki je enak razmerju med številom ovojev od pipe do skupne žice in skupnim številom ovojev tuljave L2.

Selektivnost ene povezave v obliki črke L morda ne bo zadostovala, potem sta dve povezavi povezani zaporedno. Povezave so lahko povezane bodisi z vzporednimi vejami med seboj ali z zaporednimi. V prvem primeru dobimo filter v obliki črke T, v drugem pa v obliki črke U.

Elementa L in C povezanih vej sta združena. Kot primer slika 2b prikazuje pasovni filter v obliki črke U. Elementi L2C2 so ostali enaki, elementi vzdolžnih vej pa so bili združeni v induktivnost 2L in kapacitivnost C1/2. Preprosto je videti, da je uglasitvena frekvenca nastalega serijskega vezja (kot tudi preostalih filtrskih vezij) ostala enaka in enaka povprečni frekvenci območja.

Pogosto se pri izračunu ozkopasovnih filtrov izkaže, da je vrednost kapacitivnosti vzdolžne veje C1/2 premajhna, induktivnost pa prevelika. V tem primeru lahko vzdolžno vejo povežemo z odcepi tuljav L2, s čimer povečamo kapacitivnost za 1/k2-krat in zmanjšamo induktivnost za enako količino.

Slika 3. Dvokrožni filter.

V visokonapetostnih filtrih je priročno uporabljati samo vzporedna nihajna vezja, povezana z enim priključkom na skupno žico.

Vezje dvokrožnega filtra z zunanjo kapacitivno sklopko je prikazano na sliki 3. Induktivnost in kapacitivnost vzporednih vezij se izračunata z uporabo formul (1) za L2 in C2, kapacitivnost sklopitvenega kondenzatorja pa mora biti C3=C2/Q.

Preklopni koeficienti izhodov filtrov so odvisni od zahtevane vhodne upornosti Rin in karakteristične upornosti filtra R: k2=Rin/R. Preklopni koeficienti na obeh straneh filtra so lahko različni, kar zagotavlja usklajenost z anteno in vhodom sprejemnika ali izhodom oddajnika.

Za povečanje selektivnosti je mogoče povezati tri ali več enakih vezij v skladu z diagramom na sliki 3, kar zmanjša kapacitivnost sklopitvenih kondenzatorjev SZ za 1,4-krat.

Slika 4. Selektivnost filtra s tremi vezji.

Teoretična krivulja selektivnosti filtra s tremi vezji je prikazana na sliki 4. Relativna razglasitev x=2DfQ/fo je narisana vodoravno, slabljenje, ki ga uvede filter, pa navpično.

V prosojnem pasu (x<1) ослабление равно нулю, а коэффициент передачи мощности - единице. Это понятно, если учесть, что теоретическая кривая построена для элементов без потерь, имеющих бесконечную конструктивную добротность.

Pravi filter prinaša tudi nekaj slabljenja v prepustnem pasu, ki je povezano z izgubami v filtrskih elementih, predvsem v tuljavah. Izgube v filtru se zmanjšajo, ko se poveča faktor kakovosti konstrukcije tuljav Q0. Na primer, pri Q0 = 20Q izgube tudi v filtru s tremi vezji ne presegajo 1 dB.

Slabljenje zunaj prepustnega pasu je neposredno povezano s številom filtrskih zank. Za filter z dvojnim vezjem je slabljenje enako 2/3 tistega, ki je prikazano na sliki 4, za vhodno vezje z enim vezjem pa 1/3. Za filter v obliki črke U, slika 3, b, je selektivna krivulja slika 4 primerna brez kakršnih koli popravkov.

Slika 5. Trikrožni filter - praktično vezje.

Praktično vezje filtra s tremi vezji s pasovnim pasom 7,0...7,5 MHz in njegove eksperimentalno izmerjene karakteristike so prikazane na sl. 5 oziroma 6.

Filter je bil izračunan po opisani metodi za upor R = 1,3 kOhm, vendar je bil naložen na vhodni upor heterodinskega sprejemnega mešalnika 2 kOhm. Selektivnost se je rahlo povečala, vendar so se v prepustnem pasu pojavili vrhovi in ​​padci.

Filterske tuljave so navite za zavoje na okvirje s premerom 10 mm z žico PEL 0,8 in vsebujejo 10 zavojev. Odcep tuljave L1, ki ustreza uporu antenskega podajalnika 75 Ohmov, je narejen iz drugega zavoja.

Vse tri tuljave so zaprte v ločenih zaslonih (aluminijaste cilindrične "skodelice" iz plošč z devetimi nožicami). Nastavitev filtra je preprosta in se zmanjša na nastavitev tokokrogov na resonanco s pomočjo trimerjev tuljav.

Slika 6. Izmerjena krivulja selektivnosti trikrožnega filtra.

Posebno pozornost je treba nameniti vprašanjem doseganja največjega faktorja kakovosti zasnove filtrskih tuljav. Ne bi smeli težiti k posebni miniaturizaciji, saj se faktor kakovosti povečuje z naraščajočimi geometrijskimi dimenzijami tuljave.

Iz istega razloga ni priporočljivo uporabljati pretanke žice. Posrebrenje žice daje opazen učinek le pri visokih frekvencah. KB pasovi in naprej VHF ko je projektni faktor kakovosti tuljave večji od 100. Litz žico je priporočljivo uporabljati samo za navijanje tuljav v razponu od 160 do 80 m.

Manjše izgube pri posrebreni žici in Litz žici so posledica dejstva, da visokofrekvenčni tokovi ne prodrejo v debelino kovine, temveč tečejo le v tanki površinski plasti žice (ti skin efekt).

Idealno prevodni zaslon ne zmanjša faktorja kakovosti tuljave in prav tako odpravi izgubo energije v predmetih, ki obdajajo tuljavo. Pravi zasloni prinašajo nekaj izgub, zato je priporočljivo izbrati premer zaslona, ​​ki je enak vsaj 2-3 premerom tuljave.

Zaslon naj bo iz visoko prevodnega materiala(baker, nekoliko slabši od aluminija). Barvanje ali kositranje notranjih površin zaslona ni dovoljeno.

Našteti ukrepi zagotavljajo izjemno visoko kakovost tuljav, kar je uresničeno npr. pri spiralnih resonatorjih.

V območju 144 MHz lahko doseže 700 ... 1000. Slika 7 prikazuje zasnovo pasovnega filtra z dvema resonatorjema 144 MHz, zasnovanega za vključitev v 75-ohmski napajalni vod.

Resonatorji so nameščeni v pravokotnih zaslonih dimenzij 25X25X50 mm, spajkanih iz bakrene pločevine, medenine ali dvostranske folije iz steklenih vlaken.

Notranja pregrada ima priključno luknjo dimenzij 6X12,5 mm. Kondenzatorji za nastavitev zraka so nameščeni na eni od končnih sten, katerih rotorji so povezani z zaslonom.

Resonatorske tuljave so brez okvirja. Izdelane so iz posrebrene žice s premerom 1,5...2 mm in imajo 6 zavojev s premerom 15 mm, enakomerno raztegnjene na dolžino približno 35 mm. En terminal tuljave je spajkan na stator trimer kondenzatorja, drugi pa na zaslon.

Pipe do vstopa in odvoda filtra so narejene iz 0,5 obratov vsake tuljave. Pasovna širina nastavljenega filtra je nekoliko večja od 2 MHz, vnesena izguba se izračuna v desetinkah decibela. Pasovno širino filtra je mogoče prilagoditi s spreminjanjem velikosti spojne luknje in izbiro položaja odcepov tuljave.

Slika 7. Filter na spiralnih resonatorjih.

Pri višjih frekvenčnih pasovih VHF je priporočljivo zamenjati tuljavo z ravnim kosom žice ali cevi, takrat se spiralni resonator spremeni v koaksialni četrtvalovni resonator, obremenjen s kapacitivnostjo.

Dolžino resonatorja lahko izbiramo okoli l/8, manjkajočo dolžino do četrtine valovne dolžine pa kompenziramo z uglasitveno kapacitivnostjo.

V posebej težkih pogojih sprejema na HF pasovih je vhodno vezje ali filter heterodinskega sprejemnika ozkopasovno in nastavljivo. Za pridobitev visoko obremenjenega faktorja kakovosti in ozkega pasu je povezava z anteno in med vezji izbrana tako, da je minimalna, za kompenzacijo povečanih izgub pa se uporablja AMP na tranzistorju z učinkom polja.

Njegovo vratno vezje malo ranžira vezje in skoraj ne zmanjša njegovega faktorja kakovosti. Zaradi majhnega vhodnega upora in bistveno večje nelinearnosti v URF ni priporočljivo vgraditi bipolarnih tranzistorjev.

shema URCH

Vezje radiofrekvenčnega ojačevalnika (RFA) je prikazano na sliki 8. Dvokrožni nastavljivi pasovni filter na svojem vhodu zagotavlja vso zahtevano selektivnost, zato je v odtočno vezje tranzistorja vključeno nenastavljivo nizko Q vezje L3C9, ki ga preusmeri upor R3.

Ta upor se uporablja za izbiro kaskadnega ojačanja. Zaradi nizkega ojačanja nevtralizacija prehodne kapacitivnosti tranzistorja ni potrebna.

Slika 8. Radiofrekvenčni ojačevalnik.

Vezje v odtočnem tokokrogu se lahko uporabi tudi za pridobitev dodatne selektivnosti, če se izloči shuntni upor, in da se zmanjša ojačenje, je odtok tranzistorja povezan z odcepom tuljave zanke.

Diagram takšnega AMP za območje 10 m je prikazan na sliki 9. Zagotavlja občutljivost sprejemnika boljšo od 0,25 µV. Ojačevalnik lahko uporablja tranzistorje z dvojnimi vrati KP306, KP350 in KP326, ki imajo nizko prehodno kapacitivnost, kar prispeva k stabilnosti delovanja RF ojačevalnika z resonančno obremenitvijo. .

Slika 9. URCH na tranzistorju z dvema vratoma.

Način tranzistorja se nastavi z izbiro uporov R1 in R3, tako da je tok, porabljen iz vira napajanja, 4 ... 7 mA. Ojačitev se prilagaja s premikanjem pipa tuljave L3 in ko je tuljava popolnoma obrnjena, doseže 20 dB.

Konturni tuljavi L2 in L3 sta naviti na obroče K10X6X4 iz 30HF ferita in imata 16 ovojev žice PELSHO 0,25. Komunikacijske tuljave z anteno in mešalnikom vsebujejo po 3-5 ovojev iste žice. Signal AGC je enostavno vnesti v ojačevalnik tako, da ga priključite na druga vrata tranzistorja. Ko se potencial drugih vrat zmanjša na nič, se ojačanje zmanjša za 40...50 dB.

Literatura: V.T. Polyakov. Radioamaterji o tehnologiji neposredne pretvorbe. M. 1990

Kvantitativne značilnosti teh zahtev so različne za različna frekvenčna območja. Nestabilno delovanje pomeni spremembe osnovnih parametrov in značilnosti ojačevalnika do prehoda v način samovzbujanja skozi čas pod vplivom različnih destabilizacijskih dejavnikov. riž. Del te napetosti prodre skozi napajalna vezja v predhodne stopnje, zlasti v njihova vhodna vezja skozi elemente...

Delite svoje delo na družbenih omrežjih

Če vam to delo ne ustreza, je na dnu strani seznam podobnih del. Uporabite lahko tudi gumb za iskanje

PREDAVANJE 5

1. RF ojačevalniki in nizkošumni ojačevalniki

2.4.1 Splošne informacije o radiofrekvenčnih ojačevalnikih

Radiofrekvenčni ojačevalnik (selektivni) je ojačevalnik, ki kot obremenitev uporablja frekvenčno selektivna vezja, zaradi česar tudi ojačanje postane frekvenčno odvisno. V najpreprostejšem primeru se kot takšno vezje uporablja nihajno vezje. IU so zasnovane tako, da zagotavljajo visoko občutljivost radijske krmilne enote zaradi predhodnega ojačanja radijskega signala in njegove izbire glede na motnje. Uporaba resonančnih sistemov je nujna za zagotovitev zahtevane selektivnosti sprejemnika v zrcalnih in neposrednih sprejemnih kanalih.

Glavni kvalitativni kazalniki selektivnih ojačevalnikov so:

• Resonančno napetostno ojačenje;
• Selektivnost po stranskih sprejemnih kanalih;
• Številka hrupa;
• Dinamični razpon.

Tukaj je največja vhodna napetost, pri kateri nelinearna popačenja še ne presegajo dovoljene vrednosti; vhodna napetost, pri kateri je na izhodu ojačevalnika zagotovljeno zahtevano razmerje S/N.

Zaradi nalog, ki jih rešujejo, so krmilnim enotam naložene naslednje zahteve:

Zagotavljanje frekvenčne selektivnosti preko dodatnih sprejemnih kanalov (direktni, zrcalni, kombinirani);

Zagotavljanje zahtevane stopnje hrupa;

Zagotavljanje zahtevanega stabilnega ojačenja, ki je potrebno za dvig ravni prejetih signalov na vrednost, potrebno za normalno delovanje naslednjih stopenj.

Kvantitativne značilnosti teh zahtev so različne za različna frekvenčna območja. Kot je znano, je v območjih DV, MV in HF občutljivost določena z ravnjo zunanjega hrupa, ki vstopa v sprejemnik. V teh pogojih visoko ojačanje ni potrebno, zato se običajno ne uporabljata več kot dve stopnji s skupnim K 0 = 2…5. Glavna pozornost je namenjena zagotavljanju selektivnosti vzdolž neposrednih in zrcalnih sprejemnih kanalov ter zagotavljanju visoke linearnosti kaskad, da se prepreči pojav kombiniranih sprejemnih kanalov in intermodulacijskih popačenj.

Kot obremenitve se uporabljajo eno- in dvokrožni sistemi, saj je pri bolj zapletenih težko spremeniti obseg. Prednost ima uporaba poljskih MOS tranzistorjev, ki zagotavljajo boljšo kaskadno linearnost.

V območju UHF in višje je občutljivost določena z lastnim šumom. Pri tem je zelo pomembno zagotoviti zahtevano vrednost hrupa. Občutljivost sprejemnikov v teh območjih lahko doseže več mikrovoltov, zato je v vhodnih stopnjah potrebno veliko ojačanje. Običajno se uporabljajo 1...3 kaskade s skupnim K 0 = 100 ... 200, pogosto nenastavljiv, saj so vrednosti vmesne frekvence v tem primeru izbrane precej visoke in zatiranje stranskih sprejemnih kanalov je enostavno zagotovljeno v celotnem sprejemnem območju. Ojačevalniki s tunelskimi diodami in parametrični ojačevalniki se lahko uporabljajo za zmanjšanje vrednosti šuma.

2.4.2 Sheme povezovanja aktivnih elementov

2.4.3 Stabilnost in samovzbujanje URF

A) Dejavniki, ki vplivajo na trajnost

Kot je znano, je pri PIC ojačanje ojačevalnika opisano z izrazom

, (3.1)

kjer je prenosni koeficient povratnega tokokroga. Produkt se imenuje zančno ojačenje kaskade. Po Nyquistovem kriteriju je kaskada na pragu generiranja (samovzbujanja) pod pogojem =1 ali, kar je isto,

(3.2)

Ta pogoj se razdeli na dvoje

1) , (3.3)

tiste. skupni fazni premik na poti od vhoda ojačevalnika do izhoda in nazaj mora biti večkratnik 2 (tako imenovano fazno ravnovesje);

2) =1, (3.4)

tiste. Del signala, ki se vrne na vhod ojačevalnika, mora biti enak prvotnemu signalu (ravnovesje amplitude).

Slika 3.2 zagotavlja način enosmernega toka ( U os na sliki). Pod določenimi pogoji je lahko taka povratna informacija pozitivna.

Da bi odpravili povratne informacije te vrste, je vir energije ranžiran skozi izmenični tok z velikim kondenzatorjem in filtri se uporabljajo v napajalnih tokokrogih posameznih stopenj (slika 3.3).

Odpornost filtra R f izbrana enaka 1...3 kOhm. Filtrirajte kondenzatorje iz stanja. Uporabljati je treba keramične kondenzatorje, saj imajo filmski in elektrolitski kondenzatorji visoko lastno induktivnost zaradi dejstva, da so strukturno izdelani v obliki zvitkov, ki vsebujejo veliko količino vit.

Slika 3.3 pokrov. Kondenzatorji so nameščeni v neposredni bližini obremenitvenih oscilacijskih krogov, da skrajšajo pot visokofrekvenčnih tokov.

2. Kapacitivna sklopitev med izhodom in vhodom ene stopnje ali med stopnjami. Očitno se lahko katera koli dva prevodnika, ki se nahajata na določeni razdalji drug od drugega, obravnavata kot kondenzator. Tako imajo lahko na primer priključki tranzistorja, dolgega približno centimeter, kapacitivnost v območju 1 ... 10 pF, odvisno od njihovega relativnega položaja. Pri visokih frekvencah je to zelo opazna vrednost.

3. Induktivna sklopitev med vhodom in izhodom ene stopnje ali med stopnjami.

Da bi ga zmanjšali, se uporabljajo magnetni zasloni (oklepna jedra iz feritov, karbonilnega železa itd.), Minimizirajo dolžino vodnikov in povezovalnih vodnikov. Vhodne in izhodne tuljave so nameščene na največji možni medsebojni razdalji, njihove vzdolžne osi pa so usmerjene v medsebojno pravokotne ravnine, da se zmanjšajo medsebojne induktivnosti.

S pravilno izbiro sredstev lahko vse naštete razloge za nastanek POS delno ali v celoti odpravimo. Vedno pa obstaja še en kanal za prodor dela izhodnega signala na vhod - notranja povratna prevodnost aktivnega elementa Y 12 . Za vsako pravo ojačevalno napravo je drugačen od nič in ga ni mogoče odpraviti. Njegov učinek je mogoče kompenzirati le do določenih meja.

B) Pogoji za odsotnost samovzbujanja v selektivnem ojačevalniku

Za poenostavitev razmislimo o situaciji, ko sta vir signala za selektivni ojačevalnik in njegova obremenitev popolnoma enaki kaskadi (slika 3.4). V tem primeru so istoimenski parametri kaskade enaki:

I. (3,5)

S ponovnim izračunom izhodne prevodnosti prejšnje stopnje, najprej v vezje, nato pa neposredno na vhod tranzistorja, dobimo nastalo prevodnost, povezano z vhodom (slika 3.5): . (3,6)

Slika 3.4

Podobno bo vhodna prevodnost naslednje stopnje, zmanjšana na izhod tranzistorja, zapisana kot:

. (3.7)

Prosimo, upoštevajte, da U in na sliki 3.4 in U 1 na sliki 3.5 so to različne količine, tako kot U ven in U 2.

Za nadaljnjo analizo je potrebno pridobiti izraze, ki opisujejo koeficient prenosa ojačevalnika v odsotnosti povratne informacije () in koeficient prenosa povratne zveze (). V ta namen zamenjamo tranzistor v prejšnjem

Slika 3.5 vezje na njegov ekvivalent, ob predpostavki, da v njem ni povratne prevodnosti. Pretvorjeno vezje je prikazano na sliki 3.6.

Koeficient prenosa napetosti takega vezja je določen z izrazom: . (3,9)

Upoštevajte, da ni enak koeficientu

Sl. 3.6 k faktorju ojačenja originalnega (sl. 3.4) ojačevalnika, ki je določen z izrazom:

. (3.10)

Iz diagrama (slika 3.6) je očitno, da lahko izhodno napetost dobimo tako, da izhodni tok delimo z nastalo izhodno prevodnostjo:

. (3.11)

Predznak minus v izrazu upošteva nasprotno smer toka toka skozi prevodnosti in napetost na njih.

Če zamenjamo desno stran tega izraza v števec formule (3.9) in zmanjšamo ulomek za, dobimo:

. (3.12)

Podobno razmišljanje nam omogoča, da izpeljemo izraz za. Razlog za pojav povratne napetosti () na vhodu ojačevalnika je izhodna napetost tranzistorja in prevodnost povratne informacije. Če izvzamemo iz obravnave prehod signala skozi ojačevalnik v smeri naprej, tj. Ob predpostavki, da je =0, lahko njegovo ekvivalentno vezje za prenos povratnega signala predstavimo, kot je prikazano na sliki 3.7.

Pod vplivom izhodne napetosti bo tok tekel skozi vhodne prevodnosti (glej sliko 3.7), kar bo povzročilo padec napetosti na njih:

. (3.13)

Slika 3.7

Koeficient prenosa povratnega vezja določimo s formulo, ki nadomesti desno stran izraza (3.13) v njegov števec:

. (3.14)

Formulo za ojačenje zanke dobimo z množenjem desnih strani izrazov (3.14) in (3.12):

. (3.15)

Namesto prevodnosti in zamenjajmo desni strani formul (3.6) oziroma (3.7) v imenovalec zadnjega izraza:

. (3.16)

Izraz v imenovalcu v oklepajih predstavlja ekvivalentno prevodnost bremenskega tokokroga selektivnega ojačevalnika s preračunanimi prevodnostmi prejšnje in naslednjih stopenj (glej formulo ()) in se lahko predstavi v obliki. Ob upoštevanju tega lahko formulo (3.16) končno prepišemo kot:

. (3.17)

B) Ravnovesje faz in amplitud

Pri načrtovanju selektivnih ojačevalnikov z izbiro ustreznega tranzistorja je običajno enostavno zagotoviti, da je mejna frekvenca ojačanja tranzistorja vsaj trikrat večja od največje delovne frekvence ojačevalnika. V tem primeru se lahko kompleksna prevodnost neposrednega prenosa šteje za čisto aktivno, tj. . Nasprotno, povratna prevodnost je povsem namišljena in jo tvori notranja (prehodna) kapacitivnost (C 12 ), ki povezuje izhodno in vhodno področje p-n prehodi tranzistorja (za OE vezje je to na primer kapacitivnost spoja kolektor-baza. Aktivna prevodnost reverzno prednapetega kolektorskega spoja je zanemarljivo majhna). Z drugimi besedami, lahko zapišemo:. Upoštevajmo te zamenjave v (3.17) in pomnožimo števec in imenovalec z.

. (3.18)

Komponente formule, vzete v zavitih oklepajih, predstavljajo kvadrat resonančnega prenosnega koeficienta ojačevalnika (glej formulo ()). Po ustrezni zamenjavi dobimo:

. (3.19)

Pomnožimo števec in imenovalec z vrednostnim kompleksom, konjugatom tistega v imenovalcu, in izolirajo realne in imaginarne dele v nastalem izrazu v eksplicitni obliki:

(3.20)

Dobljeni izraz nam omogoča analizo pogojev za pojav samovzbujanja v ojačevalniku. Fazno ravnotežje v skladu s (3.3) pomeni, da je koeficient za imaginarni del formule (3.20) enak nič:

. (3.21)

Znano je, da je ulomek enak nič, kadar je števec enak nič, tj. =0. Prvi trije faktorji tukaj ne morejo biti enaki nič, torej =0 ali =1. Slednje je možno v dveh primerih:

; (3.22)

. (3.23)

Splošna razglasitev je enaka enoti, kot je znano, na mejah prepustnega pasu ojačevalnika.Samo na teh točkah je doseženo fazno ravnovesje in možno samovzbujanje ojačevalnika!

Nastali pogoj je nujen, vendar ne zadosten. Pogoj amplitudnega ravnotežja v skladu s formulama (3.4) in (3.20) pomeni:

1. (3.24)

Ker je desna stran enakosti pozitivna, mora biti pozitivna tudi leva stran. To je mogoče samo z = -1, saj preostale komponente formule ne morejo biti negativne. To je omejitevpomeni, da je samovzbujanje možno samo na levem robu prepustnega pasu ojačevalnika.

Upoštevani pogoji samovzbujanja nam omogočajo, da sklepamo, da je za zagotovitev stabilnega delovanja ojačevalnika potrebno, da je leva stran enačbe (3.24) manjša od enote. Poleg tega, močnejša kot je ta neenakost, bolj stabilen je ojačevalnik. Za količinsko opredelitev stabilnosti je uveden koncept koeficienta stabilnosti γ, ki ga definira kot

. (3.25)

Očitno je, da pri γ =1 v kaskadi ni povratne zveze (leva stran enačbe (3.4) je enaka nič) in je ojačevalnik absolutno stabilen, pri γ =0 pa so izpolnjeni pogoji samovzbujanja in ojačevalnik spremeni v generator.

V praksi je običajno navedena zahtevana vrednost γ. Ob upoštevanju tega dobimo pogoj stabilnosti kaskade iz formule (3.4):

. (3.26)

Če v ta izraz nadomestimo vrednost leve strani iz (3.24) in nastavimo ξ = -1, dobimo:

. (3.27)

Ker so na desni strani zagotovljeni pogoji stabilnosti, je vrednost K 0 , na levi strani je vrednost, pri kateri je ojačevalnik stabilen. Označimo to vrednost z in jo izrazimo iz (3.27) v eksplicitni obliki:

ali (3.28)

V praksi izberite γ = 0,8...0,9. Za γ = 0,9 ima formula obliko:

. (3.29)

Za vezje z OE, na primer, formula dobi obliko, primerno za praktične izračune

. (3.30)

Formula kaže, da je za povečanje stabilnega ojačenja potrebno izbrati tranzistor z velikim koeficientom prenosa toka h 21 , nizka vhodna impedanca za izmenični tok h 11 in najmanjša možna vrednost prepustne zmogljivosti C 12 .

Poudariti je treba, da je v vsakem primeru v prisotnosti PIC, tudi če ni samovzbujanja, frekvenčni odziv ojačevalnika popačen. Močnejša kot je povratna zveza (večja), bolj je oblika resonančne karakteristike popačena (slika 3.8).

Slika 3.8

Na koncu je treba poudariti, da so bile uporabljene številne poenostavitve za večjo »preglednost« sklepanja. V realnih ojačevalnikih je slika veliko bolj zapletena, vendar so glavni razlogi in vzorci samovzbujanja enaki.

Druga podobna dela, ki bi vas utegnila zanimati.vshm>
6657.		TRANZISTORSKI OJAČEVALNIKI IN GENERATORJI	44,93 KB
	Ojačevalniki električnega signala so naprave za ojačanje napetosti, toka ali moči s pretvarjanjem energije vira energije v energijo izhodnega signala. ojačevalniki imajo vhodno vezje, na katerega je priključen vir ojačenega signala, izhodno vezje, na katerega je priključeno breme, porabnik ojačenega signala in tudi močnostni tokokrog, na katerega je priključen vir, zaradi katerega energija signal se ojača. Naravo ojačanega signala določa njegov vir....
11950.		Laserji in ojačevalniki z bizmutovimi vlakni na osnovi dvolomnih svetlobnih vodnikov s polariziranim izhodnim sevanjem za telekomunikacijske sisteme	152,45 KB
	Kratek opis razvoj. Prednosti razvoja in primerjava s tujimi analogi. Glavna prednost razvoja je v pridobivanju novih laserskih valovnih dolžin v aktivnih optičnih vlaknih. Obrazec za izvedbo razvoja.

Ojačitev sprejetih radijskih signalov v sprejemni napravi se izvaja v njenem predizbirniku, tj. na radijski frekvenci in po frekvenčnem pretvorniku - na vmesni frekvenci. V skladu s tem se razlikuje med radiofrekvenčnimi ojačevalniki (RFA) in vmesnimi frekvenčnimi ojačevalniki (IFA). Pri teh ojačevalnikih mora biti poleg ojačanja zagotovljena tudi frekvenčna selektivnost sprejemnika. V ta namen ojačevalniki vsebujejo resonančna vezja: enojna nihajna vezja, filtre na sklopljenih vezjih, različne vrste koncentriranih selektivnih filtrov. RF ojačevalniki s spremenljivo nastavitvijo so običajno izdelani s selektivnim sistemom, podobnim tistemu, ki se uporablja v vhodnem vezju sprejemnika, največkrat so to selektivna vezja z enim vezjem.

V vmesnih frekvenčnih ojačevalnikih se uporabljajo kompleksni tipi selektivnih sistemov s frekvenčnim odzivom blizu pravokotnika, kot so elektromehanski filtri. ( EMF ), kvarčni filtri (QF), filtri na osnovi površinskih (bulk) akustičnih valov (SAW, SAW) itd.

Večina sodobnih sprejemnikov uporablja enostopenjske ojačevalnike. Manj pogosto lahko AMP z visokimi zahtevami glede selektivnosti in vrednosti šuma vsebujejo do tri stopnje.

Med glavnimi električne lastnosti ojačevalniki vključujejo:

1. Resonančno ojačanje napetosti .

Pri ultravisokih frekvencah (mikrovalovi) se pogosteje uporablja koncept povečanja moči
, Kje
- aktivna komponenta vhodne prevodnosti ojačevalnika;
- aktivna komponenta prevodnosti bremena.

2.Frekvenčna selektivnost ojačevalnika prikazuje relativno zmanjšanje ojačanja za dano razglasitev
.

Včasih je selektivnost označena s koeficientom kvadratnosti, na primer
.

3. Noise figure določa hrupne lastnosti ojačevalnika.

4. Popačenje signala v ojačevalniku: amplitudno-frekvenčni, fazni, nelinearni.

5. Stabilnost ojačevalnika je določena z njegovo sposobnostjo ohranjanja osnovnih značilnosti med delovanjem (običajno K o in frekvenčni odziv), kot tudi odsotnost nagnjenosti k samovzbujanju.

Na slikah 1-3 so prikazana glavna vezja ojačevalnika, na sliki 4 pa vezje ojačevalnika s filtrom selektivne selektivnosti (FSI) v obliki elektromehanskega filtra.

Slika 1. URCH na tranzistorju z učinkom polja

Slika 2. URCH na bipolarnem tranzistorju

Slika 3. URCH z induktivno povezavo z volilnim sistemom

Slika 4. IF ojačevalnik s koncentriranim selektivnim filtrom

V radiofrekvenčnih in srednjefrekvenčnih ojačevalnikih se uporabljata predvsem dve možnosti za priključitev ojačevalne naprave: s skupnim oddajnikom (skupni vir) in kaskodno vezje za povezovanje tranzistorjev.

Slika 1 prikazuje vezje ojačevalnika, ki temelji na tranzistorju z učinkom polja s skupnim virom. V odvodnem krogu je vključen oscilacijski krog L TO Z TO . Vezje se prilagodi s kondenzatorjem C TO(lahko se uporablja za konfiguracijo varikapa ali matričnega vezja varikapa).

Ojačevalnik uporablja serijsko odvodno moč skozi filter R3 C3 . Prednapetost vrat VT1 določena s padcem napetosti od toka vira na uporu R2 . upor R1 je odpornost na puščanje tranzistorja VT1 in služi za prenos prednapetosti na vrata tranzistorja.

Na sl. Slika 2 prikazuje podobno vezje RF ojačevalnika na osnovi bipolarnega tranzistorja. Tukaj je dvojna nepopolna vključitev vezja s tranzistorji VT1, VT2, kar omogoča zagotavljanje potrebnega obvoda vezja z izhodne strani tranzistorja VT1 in z vhodne strani tranzistorja VT2 . Napajalna napetost se napaja v kolektor tranzistorja skozi filter R4C4 in del tuljave vezja se obrne L TO . DC način in stabilizacija temperature sta zagotovljena z uporabo uporov R1, R2 in R3. Zmogljivost C2 Odpravlja negativne AC povratne informacije.

Na sl. Slika 3 prikazuje vezje s transformatorsko povezavo vezja s tranzistorskim kolektorjem in avtotransformatorsko povezavo z vhodom naslednje stopnje. Običajno se v tem primeru uporablja "razširjena" nastavitev vezja (glej laboratorijsko delo št. 1).

Na sl. Slika 4 prikazuje diagram kaskade ojačevalnika s FSI, izdelanega na čipu 265 UVZ . Mikrovezje je kaskodni ojačevalnik OE - OB.

IF ojačevalniki zagotavljajo glavno ojačenje sprejemnika in selektivnost sosednjega kanala. Njihova pomembna značilnost je, da delujejo na fiksni vmesni frekvenci in imajo visoko ojačanje reda velikosti
.

Uporaba različne vrste FSI, je potrebno ojačenje ojačevalnika doseženo z uporabo širokopasovnih kaskad.

Vsem shemam je skupna dvojna nepopolna vključitev volilnega sistema. (Popolno vključitev lahko obravnavamo kot poseben primer, ko sta transformacijska koeficienta m in n enaka ena). Zato lahko za analizo uporabite eno posplošeno ekvivalentno enakovredno vezje ojačevalnika (glej sliko 5).

Slika 5. Posplošeno ekvivalentno vezje resonančnega ojačevalnika

V diagramu je tranzistor na izhodni strani nadomeščen z enakovrednim generatorjem toka s parametri
,
in električni udar
, z vhodne strani naslednje stopnje pa prevodnost
,
. Upor puščanja R4 (slika 1) ali delilnik
(slika 2) nadomestijo s prevodnostjo
(
oz
).

Običajno vsota prevodnosti
šteje za prevodnost bremena GN, tj.

Analiza ekvivalentnega vezja nam omogoča pridobitev vseh izračunanih razmerij za določanje karakteristik kaskade.

Tako je kompleksni dobiček kaskade določen z izrazom

, Kje -

ekvivalentna resonančna prevodnost vezja;

Splošno odmikanje konture.

Iz tega razmerja je enostavno določiti modul koeficienta

dobiček

in resonančno ojačanje kaskade RF ojačevalnika

Resonančni dobiček doseže največjo vrednost z enakim ranžiranjem vezja z izhodne strani aktivne naprave in s strani bremena (vhod naslednje stopnje), tj. Kdaj

Podane relacije nam omogočajo, da dobimo enačbo resonančne krivulje ojačevalnika. Torej, z majhnimi zamiki,
. Od kje, RF pasovna širina raven 0,707 (- 3dB) je enaka

Resonančno ojačanje kaskade enokrožnega ojačevalnika je enako kot pri enokrožnem ojačevalniku

Za ojačevalnik z dvokrožnim pasovnim filtrom je resonančno ojačanje kaskade določeno z izrazom

Kje
- faktor povezave med vezji in - sklopitveni koeficient med vezji.

Dobiček (napetost) ojačevalnika s katerim koli FSI pri ujemanju filtra na vhodu in izhodu se lahko izračuna po formuli

Tukaj
,
- karakteristične (valovne) impedance FSI na vhodu oziroma izhodu;

- prepustni koeficient filtra v pasu prosojnosti (prepustnosti).

V primeru, da je znano slabljenje filtra v pasu prosojnosti V decibelov, torej

Vključitveni dejavniki m in n se izračunajo iz pogojev ujemanja filtrov na vhodu in izhodu

,
.

Resonančna karakteristika kaskade ojačevalnika s FSI je popolnoma določena s krivuljo spremembe koeficienta prenosa FSI od frekvence. Posamezne točke resonančne krivulje FSI so navedeni v referenčnih knjigah.

Ojačanje selektivnega ojačevalnika ne sme preseči vrednosti stabilnega ojačenja
. Na splošno,
lahko ocenimo iz izraza

Če se kot ojačevalni element uporablja kaskodno vezje, je treba nadomestiti ustrezne vrednosti prevodnosti za kaskodno vezje, na primer za vezje OE - OB

V primeru uporabe tranzistorji z učinkom polja aktivno komponento prevodnosti lahko zanemarimo in

.