книги / Усилители промежуточной частоты
..pdf8. Емкости контуров крайних звеньев:
— входного звена
|
С1 — |
Са |
« |
|
1600 |
815 пф, |
|
2 |
— ffi[Cвыхп— |
2 — 0,872-20 = |
|||
— выходного звена |
|
|
|
|||
|
Cj = |
С2 |
= |
1600 |
803 пф. |
|
|
- y |
— m ; c n |
—2— — 0 e 162 • 100 = |
|||
9. Индуктивности контурных катушек: |
|
|||||
— |
серединные звенья |
|
|
|
||
|
|
, |
РПп10в |
|
10 *20 • 106 |
|
|
|
£ г ~ 4nfl |
4-3,14-4G5J = 7 3 -0 j|f/KW, |
|||
— |
крайние звенья |
|
|
|
||
|
|
|
L!= 2 Lz= 2 • 73,5 = 147 мкгн. |
|
Г Л А В А 1 |
ПАРАЗИТНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УПЧ |
7.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Паразитные обратные связи в УПЧ подразделяются на три группы:
— трансформаторная и емкостная связь между дета лями и монтажными проводниками, входными и выход ными зажимами отдельных каскадов и усилителя в це лом;
—обратные связи за счет общих цепей питания и регулирования различных каскадов в многокаскадном усилителе;
— неизбежные обратные связи, обусловленные обрат ной проходной проводимостью усилительных приборов. Две первых группы обратных связей являются внешни ми, третья — внутренней.
Паразитные обратные связи могут привести к недо пустимо большим изменениям всех качественных пока зателей УПЧ: коэффициента усиления, полосы порпускания, формы резонансной и фазовой кривых, вы звать самовозбуждение
усилителей.
В многокаскадных УПЧ одновременно мо жет существовать не сколько сигналов, по ко торым осуществляется паразитная обратная связь. Это затрудняет тео ретическое рассмотрение
в общем виде влияния обратных связей на основные ка чественные показатели усилителя. Поэтому предвари тельно рассмотрим влияние обратной связи по одному из каналов.
На рис. 7.1 изображена блок-схема УПЧ с обратной
связью. Она состоит из |
усилителя без обратной связи |
|
с комплексным |
коэффициентом усиления по напряжению, |
|
равным К — /Се |
(К, |
— модуль и фаза коэффициента |
усиления), и цепи обратной связи с комплексным коэф фициентом передачи по напряжению (3— £е ((3, —
модуль и фаза коэффициента передачи).
Напряжение на выходе усилителя при учете действия
обратной связи будет равно щс = |
К щ-\- фКи[с. Отсюда |
|||
коэффициент усиления с учетом обратной связи |
||||
|
|
К |
мГ— 1— |
(7.1) |
|
|
|
Щ |
|
Величину |
= |
|
+9к) — р/Се_/,рк принято назы |
вать коэффициентом обратной связи. Фаза <ррк определяет характер паразитной обратной связи. Если <ррк = 2i% (i — 0; 1; 2...), то обратная связь действительна и положительна
при <PpK= |
(2t—1) я (t= l; 2; 3...) обратная связь |
дейст |
вительна |
и отрицательна. В случае 11— (3/(|<Ч |
и |
ф2Ы обратная связь комплексна и имеет положитель
ную действительную |
составляющую. Если |
11 — |3À* | > 1 |
и ^ к^ (2 г — 1)я, то |
она тоже комплексна, |
но действи |
тельная составляющая отрицательна. |
существенно |
|
В УПЧ фазовый угол <Ррк и модуль р/С |
зависят от частоты. Возможны случаи, когда в преде лах полосы пропускания характер обратной связи меня ется несколько раз: на одних частотах она положи тельна, на других — отрицательна. Это приводит к искажению формы резонансной кривой. Для получе ния неискаженной резонансной кривой ее форму иногда «корректируют», повысив усиление на одних частотах и снизив на других. Чаще всего это делается путем рас стройки отдельных каскадов относительно расчетных резонансных частот и шунтирования контуров резисто рами. В результате этих мер, производимых вместо уменьшения паразитной обратной связи, ухудшаются другие качественные показатели УПЧ: стабильность ре зонансной кривой и полосы пропускания при регулиро вании усиления (работе АРУ), изменении температуры и напряжения источников питания, повторяемость при серийном производстве. Отсюда следует нецелесообраз ность такого рода «коррекции» и поэтому обратную связь любого вида классифицируют как вредное явле ние, подлежащее максимальному подавлению.
Если на одной из частот урк = 2йс (баланс фаз) t
р /\^1 (баланс амплитуд), то усилитель самовозбуждается.
Полное подавление обратной связи не всегда целесо образно, так как приводит к существенному усложнению и удорожанию усилителя.
Слабое влияние паразитных обратных связей на основные качественные показатели допустимо. Так, ко эффициент усиления напряжения не должен изменяться более чем на 5—20% [7,8, 19, 24, 38, 48].
Влияние обратных связей можно учесть следующим образом. В связи с тем, что в пределах полосы пропус кания паразитная обратная связь может быть как поло жительной, так и отрицательной и заранее не всегда удается определить, какая из них приводит к большему относительному изменению качественных показателей УПЧ (например, коэффициента усиления), приходится принимать во внимание ту и другую.
Максимальное и минимальное значение коэффициен тов усиления соответственно при наиболее глубокой по
ложительной и отрицательной обратной связи |
|
К , , = т - РК+). К,„ = *7(1 +|Ж -> . |
(7-2) |
где р/С+, р/С- — значения р/С при положительной и отри
цательной обратной связи. |
|
коэффициентов усиления |
||||||
Относительные приращения |
||||||||
Л*эм |
К * - К |
АК?т_ К - К ^ |
/7Q, |
|||||
к |
|
К |
' |
К |
|
к |
к |
> |
Влиянием обратной связи можно пренебречь, если |
|
|||||||
ЛКрм ^ |
AK |
’ к |
^ |
АК |
’ |
|
|
|
К |
"• |
к |
" |
к |
|
|
||
где А/С//С — максимально |
допустимое |
относительное |
из |
|||||
менение коэффициента |
усиления. |
|
Обычно |
АК/К= |
= 0,05 + 0,2.
Наличие двух условий создает определенные неудоб
ства при расчетах. Вместо |
них целесообразно |
ввести |
одно |
РЛ‘-+ Р К+ .Г &К У |
|
*Р*-*Р« _ |
(7.4) |
V ~ V + * N - 2 + ? К - - ? К +^ \ К )
j,e |
Д/C, = 0,5(/C,M— K[im) — среднее |
значение прираще |
|||
ния |
|
коэффициента |
усиления; |
/Срс=0,5(/С?м+ Л рш) — |
|
среднее значение коэффициента |
усиления. |
||||
|
Из |
(7.3) и (7.4), |
полагая АК/К=0,05-т-0,2, получаем: |
||
р/(+< |
0,048-0,167, |
0,053-0,25, |
(АК/К) '= 0,050- |
-0,208^А К/К.
Таким образом действием паразитной обратной свя
зи можно пренебречь, если |
|
|
|
AKjic |
_АК_ |
(7.5) |
|
к9с |
< к |
||
|
Экранирование каскадов и отдельных деталей, вза имное рациональное расположение соединительных про-
А*'
водников и деталей, включение в общие цепи питания и регулирования развязывающих фильтров и другие кон структивные мероприятия сравнительно просто обеспе чивают значительное уменьшение влияния внешних об ратных связей.
Влиянием внешней обратной связи можно пренебречь, если [8,23] Д/Ср//С?с< 0 ,0 5 -г -0,01 или р/С<0,05ан -0,01.
В однокаскадном УПЧ (рис. 7,2,а) наиболее опасные обратные связи ^е?кду входными и выходными зажимами
15—290 |
335 |
усилительного прибора (Р1Л1) и между входными и вы ходными полюсами каскада (Р2Л2). Первую обратную связь рассматривают совместно с внутренней обратной связью, вторую — как частный случай обратной связи между входными и выходными зажимами многокаскад ного УПЧ. Многокаскадный УПЧ в общем случае мо жет иметь множество каналов паразитной обратной свя-
|
*) |
|
м |
Преобразователь 1 каскад |
Оконечный |
частоты |
каскад |
Рнс. 7.3. Паразитные обратные связи в УПЧ:
а — емкостные; б — трансформаторные.
зи (рис. 7.2,6) между любыми оконечными и промежу точными точками. Эти каналы характеризуются соответ ственно коэффициентами обратной связи ipiKi, P2^ 2 ... ; РюЛю, P23К, Pi23^i23,. • -, PК. Понятно, что чем выше усиление между началом и концом того или иного кана ла обратной связи, тем сильнее должно быть ослабление этого канала. Наиболее опасной является обратная связь между входными и выходными зажимами. Основ ными причинами этой обратной связи являются:
I. Прямая емкостная связь (рис. 7.3,а). Такого рода канал паразитной обратной связи образуется при не удачно выполненном монтаже: проводники входной цепи проходят вблизи выходных проводов (емкость Ci), за счет емкости Сг между усилительными приборами пер вого и оконечного каскадов, через емкости между вход ными и выходными проводниками и случайными, прохо
дящими вблизи них проводниками монтажа |
(Сз, С4). |
В результате совместного действия этих цепей |
на вход- |
226
пых полюсах появляется напряжение паразитной обрат
ной связи &.Щ.
2. Трансформаторная связь между контурами межкаокадных цепей преобразователя частоты и оконечного каскада УПЧ (рис. 7.3,6). В результате действия этой обратной связи на входных зажимах первого каскада
появляется напряжение обратной связи faùi.
3. Обратная связь по общим цепям питания и регу лирования: по цепи накала (в ламповых усилителях), по общей цепи питания анодных (коллекторных цепей), по цепи автоматической регулировки усиления (АРУ). Действие этих обратных связей создает на входе перво
го каскада УПЧ напряжение обратной связи Рзйг.
4. Обратная связь через общее заземление (по ме таллическому шасси УПЧ, соединяющему отдельные точки монтажа первого и оконечного каскадов). В ре зультате на входе первого каскада образуется напряже
ние обратной связи |?4щ.
В результате совместного действия всех обратных связей напряжение обратной связи на входе усилителя будет равно
|
Wpj Щ Рк> |
|
к=1 |
где |
— число каналов обратной связи. |
Будем считать, что в наихудшем случае напряжения по всем k каналам обратной связи на входных зажимах синфазны, а сами каналы идентичны. Тогда полное на
пряжение обратной связи будет |
= (Wp щ. |
Влиянием |
обратных связей можно пренебречь, |
если |
0,05 |
—г-0,1. Отсюда модуль допустимого коэффициента пере дачи по одному из каналов обратной связи (3< (0,05 н-
-0 ,1 )/ЛГр К.
Втранзисторных усилительных приборах (рис. 7.4,а) внутренняя обратная связь определяется проходной про
водимостью усилительного прибора ÿi2 и емкостью мон тажа Ст между проводниками входной и выходной це пей этого прибора. При анализе влияния обратной связи на качественные показатели УПЧ емкость Ст учитыва ется в емкости С12, которая увеличивается на величину
Ст
15*
В случаё пентодов внутренняя обратная связь воз никает, как видно из рис. 7,4,6, в, через емкости Cas, Ст и соединение емкостей CDg Саэ и С. Сравнительно слож-
Рис. 7.4. Паразитные обратные связи в усилительных приборах:
а — транзистор; б — пентод; в, г — эквивалентная и псрссчитанипя схемы
емкостных связен в пентоде.
иое соединение |
|
этих емкостей (рис. 7.4,в) |
может |
быть |
||||
пересчитано в простое (рис. 7.4,г), |
причем |
|
|
|||||
п |
\ п |
I |
СЯЭС9* |
п |
I п |
1 Ca3C9g |
/7 |
|
С13 — |
g’T'^rn'T ~С~+ |
+ |
|
|
> С |
’ |
||
|
|
|
Cj = |
C3^, |
С2 = |
с аэ. |
|
|
Влиянием емкости С можно |
пренебречь, если величина |
|||||||
|
|
|
CaoC3g/C ^0,l (Cag + Cm). |
|
|
Отсюда расчетное соотношение для емкости копленсатора С:
С>10Са;)Cagl(Сag + |
Ст) . |
(7.7) |
Имея в виду, что Саэ —0,5Сак |
и C^g —B,5CgK, |
полу- |
чаем |
|
|
С^2,5Cai(CgK/ (Cag+ Ст). |
(7.8) |
228
У пентодов, предназначенных для работы в УПЧ, величина емкости Са^= (0,005-^-0,01) пф. Это обуслов ливает повышенные требования к качеству монтажа. Желательно, чтобы для емкости между проводниками сеточной и анодной цепей выполнялось условие Сж^ ^ 0,1 Cag.
7.2. МЕТОДЫ ОСЛАБЛЕНИЯ ВНЕШНИХ ПАРАЗИТНЫХ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ
Основным методом ослабления трансформаторной и емкостной связи между входными и выходными вводами усилителя, между его каскадами и отдельными дета лями является экранирование. Рациональное экраниро вание усилителя, отдельных его каскадов и деталей яв ляется одной из основных задач при разработке УПЧ.
В настоящее время, к сожалению, технический расчет экранирования затруднителен. Нахождение приемле мого решения задачи экранирования достигается путем экспериментального макетирования УПЧ и использова
ния накопленного опыта.
Изменение конструкции экрана обычно связано со сложными переделками усилителя, т. е. является одним
из самых трудоемких про |
|
|
|||
цессов при |
изготовлении |
|
|
||
и наладке УПЧ. Поэтому |
|
|
|||
экранирование требует от |
|
|
|||
конструктора |
глубокого Провода |
|
|||
понимания |
физического |
|
|
||
действия |
каждой экрани |
|
|
||
рующей |
детали. |
|
|
||
Тот или иной узел УПЧ, |
|
|
|||
подлежащий |
экранирова |
Р и с . 7 . 5 . Э к р а н и р о в а н и е |
о т в н е ш |
||
|
|
||||
нию, |
соединен проводни |
н е г о э л е к т р о м а г н и т н о г о |
п о л я . |
||
|
|
||||
ками |
с |
другими элемен |
|
|
тами усилителя и заключение его в замкнутый металли ческий экран может оказаться недостаточным для ослабления канала паразитной обратной связи, которая возникает вдоль соединительных проводников. Экрани рование в общем случае представляет собой комплекс ное использование металлических экранов и электриче ских развязывающих фильтров (рис. 7.5). В реальных усилителях обычно не возникает необходимости полного экранирования. Зачастую бывает достаточно выявления и ослабления наиболее интенсивных паразитных обрат ных связей.
Объем данной книги не позволяет рассмотреть прин цип действия различных экранов и соответствующие тех нологические приемы их реализации. Читатель может найти соответствующий материал в опубликованной ли тературе [7, 8 и др.].
Рассмотрим более подробно методы ослабления па разитных обратных связей за счет общих цепей питания и регулирования.
Причина возникновения паразитной обратной связи между первым- и оконечным каскадом по общей цепи
питания |
от |
источника Е ясна из рассмотрения |
рис. 7.6,а, |
б. |
Она возникает за счет индуктивности участ |
ка LbaП общего провода питания (b—ап)- Для ослабле-
ния обратной связи в цепи питания каскадов (рис. 7.6,в) включают развязывающие фильтры Яф, Сф, а индуктив ность Lba (рис. 7.6,0,) шунтируют конденсатором
ft |
|
СфоХ 2н-5)106/(2л/0; 2/, |
(7.9) |
где / — длина проводника участка Ъ.— ап в |
см. |
Обычно Яф выбирается из условия допустимого уве |
|
личения напряжения источника питания: |
|
Яф=(Е-ео)/1<0. |
(7.10) |
где во, h о — напряжение и ток питания усилительного прибора.
Величину емкости Сф выбирают из условия
|
С ф Х 2 0 -н 5 0 )/2 я /„ Я ф . |
(7.11) |
|
. |
В УПЧ с числом каскадов больше 3—5 коэффициент |
||
в числителе (7.11) может |
быть увеличен |
до 100—200. |
|
|
Обратная связь между первым и последним каска |
||
дами УПЧ по общей цепи |
регулирования |
(например, |
|
АРУ) возникает за счет протекания емкостной состав |
|||
ляющей тока оконечного усилительного прибора (в УПЧ |
|||
на |
электронных лампах и |
полевых транзисторах) или |
|
его полного входного тока |
(в УПЧ на биполярных тран |
зисторах) через индуктивность общего провода
п
(рис. 7.7,а). Ослабление обратной связи достигается включением в управляющие цепи каскадов развязываю щих фильтров ЯфСф (рис. 7 .7,6), путем шунтирования участка b—ап общего провода конденсатором Са (дли-
230