книги из ГПНТБ / Симонов Ю.Л. Усилители промежуточной частоты
.pdfУСИЛИТЕЛИ
К Ж - С И М О Н О В |
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ |
ЧАСТОТЫ
Ю . Л. СИ М О Н О В
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 междукаскадных 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 наз.в.
Редакция радиотехнической литературы
Гос, г |
-’".«ивйя: |
j y _ _ |
Я |
|
|
научс |
Kft« |
|
б:-!1- |
і |
|
|
|
ЧИТАЛ.. .ОГО ЗАЛА
W - 7Ö V 3
3312-095 |
26-73 |
|
С 046(01)-73 |
||
♦ |
@ Издательство «Советское радио», 1973.
ОГЛАВЛЕНИЕ
П р ед и сл о в и е .......................................................................................... |
принятые в |
к н и г е |
|
|
|
6 |
|||
Основные |
обозначения, |
|
|
|
8 |
||||
Г Л А В А |
1. КАЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ, СТРУКТУРА |
И КЛАС |
Ц |
||||||
СИФИКАЦИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ . |
|||||||||
1.1. Предварительные |
замечания ............................................. |
|
|
|
11 |
|
|||
1.2. Качественные показатели У П Ч ...................................... |
|
|
11 |
|
|||||
1.3. Структура у с и л и т е л е й ..................................................... |
промежуточной |
|
17 |
20 |
|||||
1.4. Классификация |
усилителей |
частоты . |
|||||||
Г Л А В А |
2. |
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ |
П РИ БО РЫ ................................................. |
|
|
|
22 |
||
2.1. Предварительные |
замечания ....................................................... |
|
|
|
|
22 |
|||
2.2. Усилительный прибор как активный линейный четы |
|
||||||||
рехполюсник ..................................................................................... |
|
|
|
|
|
. . . |
22 |
||
2.3. Эквивалентные схемы усилительных приборов |
28 |
||||||||
2.4. Выбор электронных ламп для |
У П Ч .............................. |
|
|
30 |
|
||||
2.5. Выбор типа биполярных транзисторов и способа их |
|
||||||||
включения............................................................................... |
|
|
|
|
|
31 |
41 |
||
2.6. Особенности применения полевых транзисторов в УПЧ |
|||||||||
Г Л А В А |
3. |
МЕЖКАСКАДНЫЕ |
УСИЛИТЕЛЕЙ |
ПРОМЕЖУ |
42 |
||||
ТОЧНОЙ |
Ч А С Т О Т Ы |
|
|
|
|
|
|||
3.1. Назначение и классификация межкаскадных |
цепей . |
42 |
|||||||
3.2. Апериодические |
межкаскадные ......................... |
ц е п и |
|
43 |
|
||||
3.3. Одноконтурные |
межкаскадные ......................... |
ц е п и |
|
46 |
|
||||
3.4. Двухконтурные |
межкаскадные ......................... |
ц е п и |
|
57 |
|
||||
3.5. Методы уменьшения собственного затухания колеба |
|
||||||||
тельных к о н т у р ...........................................................о в |
|
|
|
|
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 одноконтурных УПЧ |
70 |
||||||||
4.3. Формирование |
резонансной |
кривой |
двухконтурных |
|
|||||
УПЧ............................................. |
|
|
|
|
|
|
86 |
||
4.4. Формирование |
резонансной кривой |
в УПЧ |
с- одно |
98 |
|||||
контурными и |
двухконтурными каскадами . |
. . . |
4.5.Влияние изменяющихся условий и разброса параме тров усилительных приборов на стабильность основ
ных |
качественных |
показателей У П Ч ........................ |
101 |
|
Г Л А В А 5. |
РЕЖИМЫ РАБОТЫ |
МЕЖКАСКАДНЫХ ЦЕПЕЙ |
УПЧ |
|
С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ |
ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ................................ |
105 |
||
5.1. Предварительные |
замечания.................................................... |
105 |
||
5.2. Классификация режимов работы межкаскадных |
цепей 106 |
|||
5.3. Режим' оптимального |
согласования одноконтурного |
|||
У П Ч ..................................................................................... |
|
|
ПО |
3
5.4. |
Режим |
согласования |
одноконтурного |
УПЧ |
5 5 |
Режим |
оптимального |
рассогласования |
одноконтурного |
УП Ч ........................................................................................
5.6.Режим рассогласования одноконтурного УПЧ .
5.7.Режим максимального усиления одноконтурного УПЧ
5.8.Режим фиксированного усиления одноконтурного УПЧ
5.9.Режим фиксированного усиления при максимальной избирательности одноконтурного У П Ч ...........................
5.10. Режим |
'оптимального согласования |
двухконтурного |
|
СЛСлСл |
у си л и тел я ............................................................... |
. • |
|
.11. Режим согласования двухконтурного усилителя . |
|||
.12. Режим рассогласования двухконтурного УПЧ |
|||
13. Режим |
фиксированного усиления |
двухконтурного |
УП Ч ..........................................................................................
5.14.Режимы работы межкаскадных цепей УПЧ с одно контурными и двухконтурными каскадами
Г Л А В А 6. УСИЛИТЕЛИ |
ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ С СО |
СРЕДОТОЧЕННОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ.......................................... |
|
6.1. Предварительные |
з а м е ч а н и я ......................................... |
6.2.Методы согласования ФСИ в У П Ч ................................
6.3.Многозвенные фильтры сосредоточенной избиратель ности ........................................................................................
6.4.Балансные фильтры сосредоточенной избирательности
6.5.Пьезоэлектрические фильтры сосредоточенной избира
тельности ..................................................................................
6.6. Электромеханические фильтры .........................................
6.7. Пьезомеханические фильтры сосредоточенной избира
|
тельности |
................................................данные |
и пример |
расчета...... |
УПЧ с много |
6.8. Исходные |
|||||
|
звенным |
ф и л ь т р о м ............................................................. |
|
|
|
Г Л А В А |
7. ПАРАЗИТНЫЕ |
ОБРАТНЫЕ |
СВЯЗИ |
В УПЧ |
|
7.1. |
Предварительные |
з а м е ч а н и я ......................................... |
|
127
137
442
'148
152
156
158
169
181
186
188
191
191
193
200
210
212
215
217
219
222
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 |
|
||
ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ..................................................................................... |
|
|
259 |
|
8.1. Предварительные |
з а м е ч а н и я ......................................... |
259 |
||
8.2. Общие рекомендации по выбору типа УПЧ |
264 |
|||
8.3. Расчет |
числа каскадов |
У П Ч ......................................... |
266 |
|
8.4. Расчет |
вспомогательных |
в е л и ч и н .................................. |
271 |
|
8.5. Выбор |
собственной емкости контуров УПЧ |
273 |
||
8.6. Составление принципиальной схемы УПЧ на элек |
|
|||
тронных лампах .................................................................... |
|
|
280 |
|
8.7. Составление, принципиальной схемы УПЧ на биполяр |
|
|||
ных транзисторах |
.............................................................. |
|
286 |
4
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 . . . |
312 |
|
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 |
|
|
вости .............................................................................................. |
|
320 |
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 У П Ч ............................................................ |
324 |
8.16.Особенности расчета оконечного каскада транзистор ного УПЧ, нагруженного частотным детектором . . 333
ГЛАВА 9. КАСКАДЫ УПЧ С КАБЕЛЬНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ . |
|
339 |
|||||
9.1. Предварительные замечания..................................................... |
|
|
|
339 |
|||
9.2. Выходной каскад с параллельным подключением ка |
|
||||||
беля к к о н т у р у .................................................................... |
|
|
|
|
341 |
|
|
9.3. Выходной каскад с последовательным включением ка |
346 |
||||||
беля в к о н т у р .......................................................................... |
на катодном |
(эмиттерном) |
повто |
||||
9.4. Выходной |
каскад |
348 |
|||||
рителе |
.................................................................... |
|
|
|
: |
. |
|
9.5. Входной каскад с параллельным подключением кабеля |
|
||||||
к к о н т у р у ........................................................................... |
|
|
|
|
352 |
||
9.6. Входной каскад с компенсирующей индуктивностью |
. |
355 |
|||||
9.7. Входной каскад с |
резисторным |
входом . . . . |
|
357 |
|||
9.8. Исходные данные и пример расчета кабельного пере |
358 |
||||||
хода ............................................................. |
|
|
|
. . . . |
|
||
ГЛАВА 10. ФАЗОВАЯ ........................................СТАБИЛЬНОСТЬ У П Ч |
|
|
360 |
||||
10.1. Предварительные ............................................... |
з а м е ч а н и я |
|
|
|
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 |
к о н ту р о в ' |
|
367 |
|||
10.4. Повышение фазовой |
стабильности УПЧ |
за счет |
375 |
||||
обратной ..................................................................... |
связи |
|
|
|
|
|
|
Список л и т е р а т у .................................................................... ......р ы |
|
|
|
|
|
379 |
|
Предметный у к а з ....................................................................а т е л ь |
|
|
|
|
382 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
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 ра 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.П. 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 двухкоигурные 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.
В шестой главе рассматриваются УПЧ с фильтрами сосредоточенной избирательности (многозвенные LC, электромеханические, пьезокерамические и пьезомехани ческие 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.
В девятой 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 Н. М. Мурогову за |
ценные советы, |
||
способствовавшие улучшению книги. |
|
7
#
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В КНИГЕ
А — активность усилительного прибора,
Ьц, &12, Ь2і, &22 —■реактивные составляющие (/-параметров уси лительного прибора,
С— собственная емкость колебательного кон тура,
Сі, С2 — собственные емкости контуров полосового
|
фильтра, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сэ — полная емкость контура, |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Ст — емкость монтажа, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Смі, СМ1— предельные максимальные значения |
суммы |
||||||||||
|
емкостей |
С+ Ст |
в |
одноконтурном |
|
УПЧ |
|||||
|
в режиме оптимального согласования, при |
||||||||||
|
которых соответственно |
т / = 1 |
или |
/Л/= 1, |
|||||||
|
d — собственное затухание колебательного |
кон |
|||||||||
|
тура, |
|
затухание |
контура |
в |
схеме, |
|||||
do, |
dj — эквивалентное |
||||||||||
don— расчетное |
значение эквивалентного |
затуха |
|||||||||
|
ния контура и его предельное значение в ре |
||||||||||
|
жиме оптимального |
согласования |
однокон |
||||||||
Adi, |
турного УПЧ, |
|
|
в |
колебательные |
кон |
|||||
Adi — затухания, |
вносимые |
||||||||||
|
туры со стороны усилительного прибора и |
||||||||||
|
со стороны нагрузки, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Ad — полное вносимое затухание, |
|
|
|
|
кон |
|||||
|
dm — собственное затухание колебательного |
||||||||||
|
тура с учетом затухания, вносимого рези |
||||||||||
|
стором шунта, |
|
|
в |
контур |
резистором |
|||||
|
Adm — затухание, |
вносимое |
|||||||||
d3i, |
шунта, |
|
затухания контуров |
полосо |
|||||||
Лог — эквивалентные |
|||||||||||
|
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, |
|
|
|
|||||||
dp м, dp и — максимальное |
и |
предельное |
эквивалентные |
||||||||
|
затухания контура в режиме оптимального |
||||||||||
|
рассогласования, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
f — текущее значение частоты, |
|
|
|
|
(сред |
|||||
|
fо— номинальная промежуточная частота |
|
|||||||||
|
няя частота полосы |
пропускания), |
|
|
|
||||||
|
fp — резонансная частота, |
|
|
границам |
поло |
||||||
|
fi, f2 — частоты, |
соответствующие |
сы пропускания,
8
g — собственная резонансная проводимость па раллельного колебательного контура,
g e — полная эквивалентная резонансная проводи мость параллельного контура,
gu — проводимость нагрузки,
g п, £ 12, £21, g2 2 — активные составляющие (/-параметров уси лительных приборов,
£'вх д — активная входная проводимость детекторно го каскада;
Н — коэффициент непрямоугольности резонанс ной кривой,
Оку О мд . 5 мп— усилительные потенциалы предварительного
иоконечного каскадов УПЧ и преобразова теля частоты в режиме оптимального согла сования,
|
Зѵи |
О оі — коэффициенты |
усиления |
|
тока |
каскада на |
||||
|
|
|
резонансной частоте и на средней частоте |
|||||||
|
|
|
полосы пропускания, |
|
тока |
«-каскадного |
||||
|
|
О on — коэффициент |
усиления |
|||||||
|
|
|
усилителя на средней частоте полосы про |
|||||||
|
Кри |
пускания, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ко1 — коэффициент усиления напряжения каскада |
|||||||||
|
|
|
на резонансной частоте и на средней часто |
|||||||
|
|
|
те полосы пропускания, |
напряжения |
п-кас |
|||||
|
|
К |
о » — коэффициент |
усиления |
||||||
|
|
|
кадного усилителя на средней частоте поло |
|||||||
|
|
|
сы пропускания, |
|
|
предварительного |
||||
|
Кк, Кмд — усилительные потенциалы |
|||||||||
|
|
|
и оконечного каскадов УПЧ в режиме опти |
|||||||
|
|
|
мального согласования, |
|
преобразователя |
|||||
|
|
Кяп — усилительный |
потенциал |
|||||||
|
|
|
частоты в режиме оптимального согласо |
|||||||
|
|
|
вания, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л’мѵ — среднегеометрическое значение усилительно |
|||||||
Кес, Keen, |
|
го потенциала, |
|
|
|
|
|
|
||
Keen — единичное усиление по напряжению соответ |
||||||||||
|
|
|
ственно предварительного и оконечного кас |
|||||||
|
|
|
кадов УПЧ |
и преобразователя частоты в ре |
||||||
А'ер, Керд, |
|
жиме согласования, |
по |
|
напряжению |
соот |
||||
Керп — единичное усиление |
|
|||||||||
|
|
|
ветственно |
предварительного |
и оконечного |
|||||
|
|
|
каскадов УПЧ |
и преобразователя частоты |
||||||
|
|
|
в режимах оптимального рассогласования и |
|||||||
|
|
|
согласования, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L — индуктивность |
колебательного |
контура, |
|||||
|
|
|
Lu — входная индуктивность транзистора с общей |
|||||||
|
пц, |
базой, |
|
трансформации |
(включения) |
|||||
|
mi — коэффициенты |
|||||||||
|
|
|
колебательного |
контура |
к усилительному |
|||||
|
|
|
прибору и к нагрузке, |
|
|
|
|
|||
Pi(f), |
Рі (у), |
|
пкр — критическое |
число |
каскадов, |
|
|
|||
Р\{х) — уравнение резонансной |
кривой каскада как |
|||||||||
|
|
|
функция частоты, относительной и обоб |
|||||||
Pn(f), |
Рп(у), |
|
щенной расстроек, |
|
|
|
|
|
||
Рп(х) — уразнение резонансной кривой п-каскадного |
9