Усилитель высокой частоты. Усилители высокой частоты (УВЧ) в радиотехнике: особенности, типы и применение

Что такое усилитель высокой частоты. Какие бывают типы УВЧ. Как работают узкополосные и широкополосные УВЧ. Для чего нужны УВЧ в радиоаппаратуре. Какие компоненты используются в схемах УВЧ.

Что такое усилитель высокой частоты и для чего он нужен

Усилитель высокой частоты (УВЧ) — это электронное устройство, предназначенное для усиления высокочастотных электрических сигналов. УВЧ применяется в радиоприемниках, телевизорах, измерительной аппаратуре и других радиотехнических устройствах.

Основные функции УВЧ в радиоаппаратуре:

• Усиление слабых высокочастотных сигналов, поступающих с антенны
• Повышение чувствительности и избирательности приемника
• Согласование антенны со входом приемника
• Подавление помех и шумов

В чем заключаются особенности усилителей высокой частоты по сравнению с низкочастотными усилителями?

• Работа на более высоких частотах (от сотен кГц до сотен ГГц)
• Необходимость согласования входных и выходных сопротивлений
• Использование специальных высокочастотных компонентов
• Меньший коэффициент усиления отдельных каскадов
• Повышенные требования к экранированию и развязке цепей

Основные типы усилителей высокой частоты

По ширине полосы пропускания УВЧ делятся на два основных типа:

1. Узкополосные (резонансные) УВЧ

Особенности узкополосных УВЧ:

• Узкая полоса пропускания (единицы или десятки % от центральной частоты)
• Высокая избирательность
• Используют резонансные контуры для выделения нужной частоты
• Применяются в радиоприемниках с фиксированной настройкой

2. Широкополосные (апериодические) УВЧ

Ключевые характеристики широкополосных УВЧ:

• Широкая полоса пропускания (до нескольких октав)
• Равномерное усиление в рабочем диапазоне частот
• Не содержат резонансных цепей
• Применяются в приемниках с плавной настройкой

Структура и принцип работы узкополосного УВЧ

Типовая схема узкополосного УВЧ включает следующие основные элементы:

1. Входная согласующая цепь
2. Усилительный каскад на транзисторе
3. Резонансный контур в цепи нагрузки
4. Выходная согласующая цепь

Как работает узкополосный УВЧ?

• Входная цепь согласует антенну со входом усилителя
• Транзистор усиливает входной сигнал
• Резонансный контур выделяет нужную частоту
• Выходная цепь согласует УВЧ с последующими каскадами

За счет чего достигается узкая полоса пропускания в резонансных УВЧ?

Ключевую роль играет резонансный LC-контур в цепи нагрузки транзистора. На резонансной частоте контур имеет максимальное сопротивление, что обеспечивает пик усиления. Вне резонанса усиление резко падает.

Особенности широкополосных УВЧ

Чем отличаются широкополосные УВЧ от узкополосных?

• Отсутствие резонансных цепей
• Применение отрицательной обратной связи для выравнивания АЧХ
• Использование специальных корректирующих цепей
• Каскадное включение нескольких усилительных ступеней

Какие методы используются для расширения полосы пропускания УВЧ?

1. Низкочастотная коррекция (в области нижних частот)
2. Высокочастотная коррекция (в области верхних частот)
3. Введение частотно-зависимой ООС
4. Применение распределенного усиления

Компоненты и схемотехника УВЧ

Какие активные элементы применяются в современных УВЧ?

• Биполярные ВЧ и СВЧ транзисторы
• Полевые транзисторы с барьером Шоттки
• Арсенид-галлиевые полевые транзисторы
• Интегральные СВЧ микросхемы

Что используется в качестве пассивных компонентов в УВЧ?

• Керамические конденсаторы
• Воздушные катушки индуктивности
• Микрополосковые линии
• Ферритовые трансформаторы
• Фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

Основные параметры и характеристики УВЧ

На какие ключевые параметры обращают внимание при разработке УВЧ?

1. Коэффициент усиления
2. Полоса пропускания
3. Коэффициент шума
4. Динамический диапазон
5. Устойчивость
6. Линейность
7. Избирательность

Как оценивается качество УВЧ?

Основной комплексный критерий — это отношение сигнал/шум на выходе усилителя. Чем оно выше, тем лучше УВЧ справляется со своей задачей усиления полезного сигнала.

Применение УВЧ в современной радиоаппаратуре

В каких устройствах наиболее часто используются УВЧ?

• Радиоприемники различных диапазонов
• Телевизионные приемники
• Сотовые телефоны и базовые станции
• Спутниковые системы связи
• Радиолокационные станции
• Измерительная ВЧ и СВЧ аппаратура

Какую роль играют УВЧ в современных системах радиосвязи?

УВЧ остаются критически важным элементом радиоприемных устройств. Они обеспечивают необходимую чувствительность, избирательность и помехоустойчивость приемников. В передающей аппаратуре УВЧ применяются как предварительные усилители мощности.

Тенденции развития техники УВЧ

Каковы основные направления совершенствования усилителей высокой частоты?

• Повышение рабочих частот (освоение терагерцового диапазона)
• Снижение коэффициента шума
• Расширение динамического диапазона
• Уменьшение энергопотребления
• Интеграция УВЧ в составе радиочастотных ИС
• Применение новых полупроводниковых материалов (GaN, SiC)

УВЧ продолжают играть важную роль в развитии систем беспроводной связи и радиолокации. Совершенствование их характеристик позволяет создавать все более чувствительную и помехоустойчивую радиоаппаратуру.

Усилители высокой частоты (УВЧ) и конвертеры для УКВ радиоаппаратуры

Усилитель Высокой Частоты (УВЧ) является первичным звеном радиоприемника, связывающим приемник с антенной. Очень часто радиолюбители для названия этого устройства применяют слово «преселектор», которое можно расшифровать как «предварительный выбор частоты». На мой взгляд, понятие «УВЧ» имеет более широкий смысл.

Главная задача преселектора состоит в «выборе частот», т.е. в выделении нужного сигнала из общей массы поступающих на антенное устройство ВЧ сигналов. УВЧ кроме селекции должен также и усиливать выбранные сигналы.

К УВЧ любого приемника предъявляются следующие основные требования:

• Необходимость ослабления сигналов на побочных каналах приемника (т.е. на зеркальной и промежуточной частотах радиоприемника), при этом ослабление полезного сигнала, поступающего из антенны, должно быть минимальным. Ослабление всех нежелательных сигналов характеризуется избирательностью УВЧ.
• УВЧ должен усиливать поступающий от антенны сигнал, при этом следует уделить внимание тому, чтобы УВЧ не вносил повышения шумов. Минимальные шумы — это самое основное требование к УВЧ для УКВ приемной аппаратуры. В густонаселенных радиолюбителями районах, УВЧ, кроме того, должен способствовать увеличению динамического диапазона радиоприемника, поскольку при этом снижаются уровни помех в тракте усилителя радиочастоты и на входе смесителя. Но это в большей степени относится к приемникам КВ.
• УВЧ должен быть хорошим согласующим устройством между входным волновым сопротивлением фидера антенны и первым каскадом усиления УВЧ (или смесителя). Равенство этих сопротивлений обеспечивает максимальную передачу высокочастотной энергии на вход первого каскада УВЧ приемника (или смесителя). От качества согласования зависит чувствительность радиоприемника.

При высоком уровне помех между антенным входом и УВЧ применяют специальные ВЧ фильтры. Они могут быть как перестраиваемые, так и не перестраиваемые по частоте.

Для работы в различных участках УКВ диапазонов применяют, как правило, фильтры неперестраи-ваемые. Перестраиваемый преселектор с высокой избирательностью для низкочастотных УКВ диапазонов можно выполнить на спиральных резонаторах, представляющих собой полые металлические цилиндры или прямоугольные коробки, внутри которых на равных расстояниях от стенок размещены катушки индуктивности.

Внутренняя поверхность цилиндров или коробок должна иметь хорошую проводимость на высоких частотах, поэтому она должна быть возможно более гладкой и, как правило, эту поверхность серебрят. Рассмотрение конструкций спиральных резонаторов не входит в число задач этой статьи.

УВЧ должен усиливать принимаемый сигнал до уровня, превышающего уровень шумов смесителя. Уровень шумов УВЧ в наибольшей мере определяет уровень шумов приемника и, следовательно, чувствительность приемника. Поэтому все элементы УРЧ и в особенности транзисторы выбирают с учетом их шумовых параметров.

Граничные частоты транзисторов УВЧ должны быть по крайней мере в 3—5 раз выше рабочей частоты. Ток коллектора в рабочей точке не рекомендуется выбирать меньше 0,5—1 мА, так как при меньшем токе сильно сказывается зависимость параметров транзистора от температуры и значительно уменьшается крутизна транзистора.

Перечисленные выше требования к УВЧ дают основание к тому, чтобы в этой статье рассматривать не конкретно схему только каскадов УВЧ, а в комплексе со схемами устройств согласования УВЧ с фидерами антенн и смесителями.

Поэтому здесь приводятся схемы, реально существующих и полностью работоспособных схем УРЧ, а так же схемы конвертеров, включающих в себя кроме фильтра ВЧ и УВЧ, смеситель и первый каскад УПЧ, а так же гетеродин.

Отдельные блоки УВЧ

В этом разделе я привожу схемы и краткое описание отдельных блоков, которые могут применяться как отдельные от основного приемника, самостоятельные внешние блоки усиления высокой частоты. Как правило, эти внешние УВЧ стоит применять, если вы используете радиоприемник с недостаточной чувствительности.

Проверить достаточность чувствительности УКВ приемника очень просто. Для этого нужно настроить приемник с подключенной антенной на чистый от станций участок диапазона и замкнуть антенный вход приемника на корпус (на землю). Если вы при этом наблюдаете резкое снижение шумов на выходе приемника, то чувствительность вашего приемника вполне достаточная.

Но если резкого снижения шумов не наблюдается, или никакого снижения вообще, — это означает, что вы должны либо улучшить согласование антенны с фидером, либо увеличить чувствительность приемника путем добавления внешних малошумящих каскадов усиления высокой частоты.

Иногда внешний усилитель подключают непосредственно к антенне. В этом случае УВЧ должен быть защищен от попадания влаги и хорошо согласован с одной стороны с выходом антенны, с другой стороны -с антенным фидером. Также необходимо решить вопрос с подачей питания.

УВЧ с низкоомным входом и выходом

На рис. 1 показана схема малошумящего УВЧ, предназначенная для работы в качестве первого каскада радиоприемника.

Рис. 1. Схема малошумящего усилителя ВЧ, предназначенная для работы в качестве первого каскада радиоприемника.

В схеме применен сверхвысокочастотный мало-шумящий транзистор VT1 типа КТ3132 или КТ3101. УВЧ не имеет резонансных контуров и в качестве нагрузки транзистора работает высокочастотный трансформатор Трі, намотанный на кольце диаметром 7…8 мм из феррита марки 50ВЧ. Изготовленный по этой схеме и указанными элементами, УВЧ может работать в диапазоне частот от 50 до 200 МГц.

Если использовать ферритовое кольцо с более высокочастотными параметрами, то можно рассчитывать на работу УВЧ на более высоких частотах.

Конструктивное выполнение ВЧ трансформатора показано на рис. 2. Он имеет три обмотки, которые должны соединяться между собой точно по схеме. Начало и конец первой из обмоток на схеме помечены как ні и кі, начало и конец второй — как н2 и к2 и т.д. Первая и вторая обмотки имеют по 5 витков, третья обмотка — 2 витка из провода ПЭЛ-0,2…0,3.

При изготовлении трансформатора берутся три куска провода такой длины, чтобы обеспечить точное выполнение необходимого количества витков.

Затем начала трех кусков зажимаются вместе и провода скручиваются в плотный жгут, который после этого наматывается на ферритовое кольцо. Нужно не забыть, что после намотки на кольцо двух витков следует вывести конец третьей обмотки кЗ и дальше продолжать намотку жгута, который будет состоять уже из двух проводов.

Катушка L1 на рис. 6.1 представляет собой ВЧ дроссель, также намотанный на аналогичном ферритовом кольце. Число витков на кольце из феррита 50ВЧ диаметром 7…8 мм должно быть 17… 20.

В качестве диодов VD1 и VD2 можно использовать КД522, КД514 и даже Д220 или Д219 -в крайнем случае. Входное и выходное сопротивления УВЧ примерно равны между собой и составляют 50 Ом.

Рис. 2. Конструктивное выполнение ВЧ трансформатора для схемы УВЧ.

УВЧ для телевизионных каналов ДМВ

За последние годы на рынках страны появились телевизионные антенны производства польских фирм. Эти антенны снабжаются достаточно чувствительным и малошумящим УВЧ. Особенность антенны в том, что она требует хорошего-заземления.

Малоопытные владельцы этих конструкций часто не обращают внимание на это обстоятельство, и усилители антенны выходят из строя при первой же небольшой грозе.

Поэтому на рынке (во всяком случае, в нашем городе) можно купить отдельную плату с подобным антенным усилителем. Я иногда пользовался такой возможностью.

На одной из этих плат стоит обозначение SWA-49 и указано зашифрованное название производителя — AST.

Установив данный усилитель на своей антенне, вы, возможно, сможете решить проблемы с приемом удаленных УКВ станций. Точные параметры этих усилителей мне неизвестны, практика показывает, что они обеспечивают довольно хорошее усиление на частотах от 50 до 600 МГц.

УВЧ с умножителем добротности

В начале этого раздела было рассказано о двух вариантах УВЧ, которые могут работать в большом диапазоне частот. Такие УВЧ обычно называются широкополосными и используются в приемниках, предназначенных для просмотра довольно большого частотного диапазона. Но в любительской практике необходимость в такого рода приемниках бывает очень редко.

Чаще всего радиолюбителю необходим приемник, работающий в пределах довольно узкого любительского диапазона. К тому же, приемник с широкополосным УВЧ на входе будет подвержен помехам от близкоработающих мощных вещательных радиостанций.

Поэтому здесь я предлагаю для рассмотрения принципиальную схему УВЧ, который способен организовать прием сигналов только в узкой полосе частот, что поможет избавиться от помех и одновременно улучшит другие параметры приемника.

На рис. 3 показана схема очень эффективного УВЧ, который можно применять в низкочастотных участках УКВ диапазона. Данная конструкция разработана мною для применения на диапазоне 145 МГц.

Рис. 3. Схема очень эффективного усилителя высокой частоты для УКВ радиоаппаратуры.

Несколько лет тому назад мною была разработана схема УВЧ с умножителем добротности (умножителем Q) на полевом транзисторе КП303Д и последующим апериодическим каскадом усиления на транзисторе КТ610.

По этой схеме был построен внешний усилитель ВЧ, показавший исключительно хорошие результаты при совместной работе со связными ламповыми приемниками. Как потом выяснилось, этот УВЧ заметно улучшал чувствительность и избирательность многих конструкций транзисторных связных приемников.

Отличные результаты были получены при приеме сигналов от Искусственных Спутников Земли (ИC3) RS-10/11 и RS-12/13 на диапазоне 29 МГц. Схема и описание этого УВЧ находится в Интернете на моем сайте, расположенном по адресу r3xb.narod.ru в разделе «Модемы» (Преселектор с умножителем Q).

Для применения данного УВЧ на диапазоне 144 МГц в схему пришлось внести некоторые изменения. Схема доработанного варианта как раз и показана на рис. 3.

Здесь применены широкодоступные радиодетали, непременное требование одно — переменный резистор R3 не должен быть проволочным (т.е. должен быть безиндуктивным).

Сигнал из антенного фидера ВЧ сигнал поступает через конденсатор очень маленькой емкости С1 на контур L1C2. Величину емкости С1 можете подбирать по своему усмотрению, но в любом случае она на диапазоне 145 МГц не должна превышать 3,3 пФ. На более низкочастотных диапазонах, например, на 29 МГц, эта величина может быть увеличена до 8 пФ.

Резисторы R4, R5 и R6 задают режим работы VT1. Через R1 и R3 осуществляется обратная связь контура L1C2 с истоком транзистора VT1. Чем меньше величина сопротивления переменного резистора R3, тем больше величина напряжения обратной связи и одновременно увеличивается добротность контура.

Происходит так называемый процесс умножения добротности контура (умножение Q). При некоторой величине этого напряжения усилитель превращается в генератор.

Та величина напряжения обратной связи, при которой УВЧ превращается в генератор, называется «порогом генерации». Самая высокая добротность контура L1C2 при напряжении обратной связи близком к порогу генерации.

В этом случае УВЧ имеет самую узкую полосу пропускания, но несколько повышаются шумы. Поэтому, когда от вашего приемника требуется самая высокая чувствительность, УВЧ следует настроить на более широкую полосу пропускания.

Транзистор VT2 работает как обычный апериодический усилитель. В этом каскаде применен малошумящий ВЧ транзистор средней мощности КТ610. В своих конструкциях можете применять иные, более удобные для вас, транзисторы.

Катушка L1 бескорпусная, имеет 5 витков провода ПЭЛ-0,6 и намотана на болванке диаметром 8 мм. Длина катушки — 25 мм. Отвод выполнен от середины катушки.

Катушка L2 представляет собой высокочастотный дроссель и делается только в том случае, когда при настройке не удается достигнуть порога генерации. Катушка наматывается куском провода ПЭЛ-0,4 длиной 0,1…0,2 от длины волны, на которой применяется УВЧ. Конденсатор С2 должен быть обязательно с воздушным диэлектриком.

На рис. 4 показана схема точно такого же УВЧ, но предназначенная для работы на диапазоне 29 МГц. Может применяться и на КВ диапазонах, но при этом следует выбирать соответствующие параметры контурных катушек. Для диапазона 29 МГц катушка L1 должна быть выполнена на каркасе 8 мм, число витков — 25 проводом ПЭЛ-0,4, длина намотки — 15 мм.

Рис. 4. Схема усилителя высокой частоты (УВЧ) для диапазона 29 МГц.

Для использования подобного усилителя на других диапазонах смотрите информацию на моем сайте.

Малошумящий узкополосый УВЧ

На рис. 5 приведена схема УВЧ, выполненная на малошумящих транзисторах импортного производства. Схема рассчитана на применение в диапазоне 435 МГц и частично мною упрощена по сравнению с оригиналом, заимствованным из радиолюбительской литературы.

Рис. 5. Схема УВЧ на малошумящих транзисторах импортного производства.

Величины резисторов R1 и R3 подбираются по величинам тока через транзисторы, которые обеспечивают лучшие шумовые характеристики УВЧ.

В схеме применены транзисторы, выполненные на базе соединений галлия, поэтому, если у вас окажутся подобные транзисторы, следует познакомиться с правилами обращения с этими приборами.

Геннадий А. Тяпичев — R3XB (ex RA3XB). r3xb.narod.ru.

Схемотехника усилителей: Усилители высокой частоты

Принято считать, что разработка высокочастотных усилителей — занятие гораздо более сложное, чем разработка усилителей низкочастотных. Действительно, ведь при этом приходится учитывать гораздо большее количество разнообразных электромагнитных эффектов и процессов в цепях. Но зачастую оказывается, что реальное схемотехническое воплощение такого усилителя достаточно редко отходит от некоторой шаблонной структуры. Дело здесь в том, что при проектировании высокочастотных усилителей стремятся в первую очередь не увеличивать выходную мощность при минимизации линейных и нелинейных искажений, а достичь максимальной чувствительности и высокой устойчивости каскада в широком частотном диапазоне, т.е. требования к высокочастотным усилителям обычно сильно отличаются от требований к усилителям низкочастотным. Типичная структура высокочастотного усилителя представляет собой последовательное соединение трех звеньев: входного согласующего звена (это обычно довольно простые \(LC\)-цепочки, вносящие минимальные потери, обеспечивающие согласование с предшествующим каскадом и грубо формирующие частотную характеристику), основного усилительного звена (транзистор, включенный с ОЭ, ОБ или ОК, возможно с внутрикаскадной ООС, обеспечивающей устойчивость и широкий динамический диапазон в широком спектре частот), выходного фильтра, окончательно формирующего частотную характеристику каскада и обеспечивающего согласование на его выходе (здесь могут использоваться достаточно сложные \(LC\)-фильтры, фильтры на ПАВ, пьезокерамические, кварцевые фильтры и т.п.). Межкаскадные связи в высокочастотных усилителях обычно выполняются с помощью емкостей, связанных индуктивностей или высокочастотных широкополосных трансформаторов (здесь мы намеренно опускаем вопросы проектирования интегральных усилителей, это совершенно отдельная тема, и о ней будет сказано позднее). Рассмотрим по порядку причины, которые так жестко регламентируют описанную структуру усилительного каскада. Различные схемы включения транзистора (ОЭ, ОБ, ОК) обладают различными входными и выходными параметрами (какими именно, мы будем анализировать позднее). Для высокочастотных усилителей вопросы согласования каскадов по входу и выходу оказываются важны (по мере роста частоты все важнее, а для усилителей диапазона СВЧ вообще обязательны). Отсутствие согласования приводит к росту искажений сигнала, его переотражению обратно на вход предшествующего каскада, за счет чего уменьшается общий коэффициент усиления схемы, а главное — к росту неустойчивости схемы, что может привести к ее самовозбуждению. Чтобы избежать всех этих эффектов, при проектировании высокочастотных схем принимаются специальные меры по согласованию импедансов, т.е. выходной импеданс первого каскада должен быть равен (или, в крайнем случае, должен быть ниже) входному импедансу последующего каскада (заметим, что для низкочастотных усилителей, учитывая необходимость повышения КПД, мы обычно стремимся, чтобы входной импеданс усилительного каскада был гораздо выше выходного импеданса предшествующего каскада). Именно для согласования импедансов на входе высокочастотного каскада приходится включать специальные цепочки. Заметим также, что включать слишком сложные, вносящие достаточно высокие потери фильтры на входе высокочастотных усилительных каскадов (если только это не оконечные каскады) не принято. И без того довольно слабый высокочастотный сигнал может просто затеряться в шумах после прохождения таких фильтров. Следующей отличительной чертой высокочастотных усилительных каскадов является достаточно умеренное использование в них цепей обратной связи. Дело в том, что на высоких частотах бывает довольно трудно обеспечить устойчивость схем с обратными связями. На одной частоте такая связь может действовать как отрицательная, а на другой — как положительная. Исключение составляют некоторые специальные хорошо изученные и просчитанные виды внутрикаскадных отрицательных обратных связей (обычно имеющие реактивный характер), параметры которых остаются более или менее стабильными в широком частотном диапазоне. Эти требования несколько облегчаются для узкополосных усилителей, в которых рабочий диапазон частот достаточно узок, и, соответственно, параметры различных цепей оказываются более предсказуемыми. Часто встречаются обратные связи, обеспечивающие автоматическую регулировку коэффициента усиления высокочастотных каскадов, поскольку уровень входного высокочастотного сигнала может меняться в очень широких пределах. Однако важнейшей задачей при проектировании высокочастотных усилителей является обратная задача — устранение всех возможных цепей обратной связи в рабочем диапазоне частот (здесь уместно вспомнить конденсатор, включаемый параллельно сопротивлению в цепи эмиттера, как показано на рис. 3.21, 3.24). По мере повышения частоты эта задача становится все более трудоемкой, поскольку высокочастотные сигналы постоянно пытаются проникнуть туда, куда не надо, пользуясь при этом паразитными емкостями монтажа, внутренними токами утечки транзисторов, электромагнитным излучением соединительных проводников, индуктивностей и других компонентов схемы. С этими явлениями борются в первую очередь оптимизацией размещения компонентов при монтаже, разнообразными экранирующими перегородками, минимизацией размеров самих элементов и применением элементов с лучшими высокочастотными свойствами. Напрашивается простой вопрос: а зачем необходимо так старательно контролировать все возможные цепи обратной связи? Дело в том, что наличие или отсутствие таких цепей оказывает определяющее воздействие на устойчивость усилителя. Существует целая теория устойчивости, позволяющая предсказывать поведение самых разнообразных схем. Основной проблемой здесь является то, что схема, вроде бы нормально работающая при тестовых испытаниях, когда на нее подается чистый полезный сигнал, может оказаться легковозбудимой вне рабочей полосы усиления, т.е. в реальном устройстве, где всегда имеются некоторые помехи и нежелательные продукты интермодуляции, действующие вне рабочей полосы, такая схема работать не сможет. Потеря устойчивости вызывает значительные нелинейные искажения сигнала, а в пределе схема может самовозбудиться, превратившись из усилителя в генератор. Не следует думать, что данная проблема отсутствует в низкочастотных усилителях. Но там она оказывается гораздо более предсказуемой и управляемой, так что не вызывает очень уж серьезных затруднений при проектировании усилителей. А вот в высокочастотных усилителях неконтролируемое самовозбуждение может проявляться даже в тщательно просчитанных и профессионально собранных схемах. Различные проблемы в каскадах усиления высокой частоты приводят к тому, что общий коэффициент усиления таких каскадов оказывается гораздо ниже коэффициента усиления аналогичных низкочастотных схем. Дополнительную проблему создают многочисленные фильтры, которые формируют частотную характеристику усилителя, но при этом также существенно ослабляют и полезный сигнал. Таким образом, для обеспечения достаточно высокого усиления на высокой частоте приходится строить многокаскадные усилители с числом каскадов, существенно превышающим то, что мы привыкли видеть в низкочастотных схемах. В общем случае нет какой-либо универсальной методики построения схем высокочастотных усилителей, а приведенная выше структура — это лишь некий среднестатистический вариант, который может существенно изменяться в случае необходимости. Имеет смысл выделить два широких класса усилителей: широкополосные (к ним относятся и апериодические) и узкополосные (к ним относятся и резонансные) усилители.   Узкополосные усилители. Структурная схема узкополосного высокочастотного усилителя включает все стандартные звенья, описанные выше. Но кроме этого в состав узкополосного усилителя могут входить дополнительные пассивные цепи, предназначенные для формирования требуемой полосы пропускания и обеспечения устойчивости усилителя за пределами рабочей полосы частот (стабилизирующие цепи). Проблема формирования полосы пропускания является очень важной при разработке узкополосных усилителей, поскольку высокочастотные транзисторы активны в широкой полосе частот. Сформировать требуемую полосу пропускания можно, например, с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), включенного на входе или выходе транзистора. ФСС на входе ослабляет действие помех, предотвращает нелинейные искажения, обусловленные их взаимодействием с сигналом (интермодуляционные искажения), и тем самым повышает помехоустойчивость усилителя. Однако фильтр, включенный на входе, вносит в усилитель дополнительные потери и увеличивает его коэффициент шума. Потери фильтра на центральной частоте полосы пропускания тем больше, чем полоса уже. К ФСС на входе предъявляются более жесткие требования, чем к фильтру, включенному на выходе транзистора. Другой возможный способ формирования полосы пропускания — с помощью резонансных звеньев, включаемых последовательно с транзистором или в цепи обратной связи. Резонансные усилители имеют узкую полосу пропускания и высокий коэффициент усиления. Их основной отрицательной чертой является меньшая по сравнению с широкополосными каскадами устойчивость. За пределами рабочей полосы частот в области потенциальной неустойчивости усилитель может возбудиться помехами и продуктами интермодуляции. Для предотвращения этого в схемы узкополосных усилителей вводят стабилизирующие цепи с потерями, которые не оказывают влияния на работу каскада в рабочей полосе частот, но шунтируют цепи протекания сигнала в областях потенциальной неустойчивости. Отметим, что такие функции, как согласование импедансов, формирование полосы пропускания и обеспечение устойчивости усилителя, не обязательно должны выполняться различными пассивными цепями — одна цепь может использоваться для выполнения сразу нескольких функций. Широкополосные усилители. При проектировании широкополосных усилителей следует учитывать то обстоятельство, что коэффициент усиления при любом включении транзистора уменьшается с ростом частоты, поэтому расчет таких усилителей и согласование нагрузок обычно производят не на центральной, а на верхней частоте рабочего диапазона (в качестве согласующих цепей в таких усилителях часто используют широкополосные трансформаторы). Избыточное усиление, проявляющееся на нижних частотах диапазона, устраняют так называемыми выравнивающими цепями. Последние могут быть выполнены в виде реактивных или диссипативных цепей (простейший пример выравнивающей цепи — обыкновенный конденсатор, включенный последовательно в цепь протекания сигнала; на верхней частоте рабочего диапазона его сопротивление оказывается ниже сопротивления на нижней частоте, т.е. низкочастотные сигналы при протекании через такую цепь будут подавляться в большей мере, чем сигналы высокочастотные). В усилителях с реактивными выравнивающими цепями корректировка коэффициента усиления в полосе пропускания осуществляется за счет рассогласования (увеличения коэффициента отражения) на входе усилителя с понижением частоты. Однако при сильном рассогласовании усилители могут самовозбуждаться. В этом случае предпочтительным оказывается использование диссипативных цепей. При использовании диссипативных выравнивающих цепей избыточное усиление компенсируется в поглощающих элементах цепей, затухание которых возрастает с уменьшением частоты (вспомним пример с конденсатором, хотя сам по себе одиночный конденсатор и нельзя считать диссипативной цепью, но принцип очень похож). Коэффициенты отражения от входа и выхода при этом получаются малыми. Диссипативные выравнивающие цепи одновременно могут использоваться и в качестве стабилизирующих, т.е. для подавления усиления за пределами полосы пропускания, хотя эти функции могут выполняться и разными цепями.   Что касается схем включения биполярных транзисторов в высокочастотных усилителях, то и они также во многом зависят от назначения усилителя. В малошумящих усилителях входных трактов высокочувствительной аппаратуры предпочтение отдается схемам с ОЭ и с ОБ. Схемы с ОЭ безусловно устойчивы в широкой полосе частот и имеют очень большой динамический диапазон, что делает их практически незаменимыми в многокаскадных схемах усиления промежуточной частоты. Схемы с ОБ в большей части частотного дипазона, как правило, потенциально неустойчивы. Для преодоления этого недостатка такие схемы должны охватываться достаточно глубокой внутрикаскадной ООС. Но, с другой стороны, усилители на транзисторах во включении с ОБ обладают лучшими шумовыми свойствами (что предопределяет их более высокую чувствительность), в них может быть получено значительно большее усиление, чем в схемах с ОЭ, причем коэффициент усиления в каскадах с ОБ довольно слабо зависит от частоты. Увеличение усиления связано с сужением полосы пропускания и уменьшением запаса устойчивости усилителя. Кроме того, большие коэффициенты усиления могут быть реализованы лишь при больших сопротивлениях нагрузки, а это затрудняет создание согласующих цепей. Широкополосные усилители, учитывая проблемы с устойчивостью схемы с ОБ, обычно строят по схеме с ОЭ, а узкополосные — как по схеме с ОЭ, так и по схеме с ОБ, причем транзисторы во включении с ОБ позволяют получать значительно более узкие полосы пропускания. Каскад с ОК может применяться в усилителях мощности, его свойства на высоких частотах во многом похожи на свойства каскада с ОЭ, однако из-за присутствия глубокой ООС на практике каскады с ОК оказываются несколько более высокочастотными, чем аналогичные каскады с ОЭ.     < Предыдущая   Следующая >

Схемы апериодических УВЧ на транзисторах

Апериодические усилители высокой частоты ( УВЧ ) используются для увеличения чувствительности радиоприёмников, имеющих малый уровень шумов. Включаются такие усилители на входе приёмника либо перед преобразовательным каскадом. Усилитель должен обеспечить усиление сигнала не менее чем в 3 – 4 раза во всём рабочем диапазоне частот приёмника. Помимо увеличения чувствительности всего приёмного тракта в супергетеродинных приёмниках повышается эффективность работы преобразователя частоты и уменьшается паразитное излучение гетеродина в антенну. Нагрузкой УВЧ служат резисторы или катушки индуктивности ( высокочастотные дроссели ). При наличии на входе УВЧ колебательного контура, а также контура на входе супергетеродинного приёмника,  увеличивается не только чувствительность всего приёмника, но и избирательность по зеркальному каналу, а также улучшается соотношение сигнал/шум. 

Усилители на одном транзисторе. 

На 1 Рис. приведена схема УВЧ для портативного приёмника, работающего в диапазонах длинных ( ДВ ), средних ( СВ ), и коротких ( КВ ) волн. Данный усилитель подключают в приёмник между катушкой связи Lсв магнитной антенны МА и входом преобразователя частоты. УВЧ обеспечивает дополнительное ( в 5 – 6 раз ) усиление принимаемых сигналов.

 

 УВЧ собран на транзисторе VT1 по схеме с коллекторной нагрузкой – резистором R3. Режим работы транзистора обеспечивается резисторами R1, R2, R4. Усиленный сигнал снимается с резистора R3 и через разделительный конденсатор С4 подаётся на вход преобразователя частоты. Резистор R5 и конденсатор С2 образуют в цепи питания УВЧ развязывающий фильтр. Резистор R6 служит для подачи напряжения смещения на базу транзистора VT2 преобразователя приёмника. Налаживание УВЧ сводится к подбору R1, устанавливающего ток в цепи коллектора VT1 равного 0,8 – 1 мА. В усилителе желательно использовать транзисторы типа ГТ322А, ГТ322Б, ГТ322В и им подобные.  Усилитель  по схеме  Рис.1 обеспечивает сравнительно равномерное усиление в полосе частот 100 кГц – 15 мГц. На частотах выше 15 мГц усиление падает из-за влияния в основном входной цепи преобразовательного каскада, сопротивление которого приобретает на этих частотах ёмкостной характер. Для уменьшения этого влияния применяют различные корректирующие элементы и цепи. Наиболее простым и эффективным решением является включение последовательно с нагрузкой УВЧ резистором R3 – корректирующего дросселя.

   На Рис.2 приведена схема такого усилителя, обеспечивающего равномерный коэффициент усиления равный   шести ( 15 дБ ) в полосе частот 100 кГц – 30 мГц. Дроссель Др1 имеет индуктивность 2 мкГ и содержит 30 витков провода ПЭВ-1 0,15, намотанных на резисторе типа МЛТ-0,5 с сопротивлением 100 кОм. В данном усилителе применяются транзисторы типа ГТ322 с буквой А, Б, В, Г, Д, или Е. 

  На Рис.3 приведена схема другого варианта УВЧ, предназначенного для работы совместно с простым коротковолновым приёмником супергетеродинного типа. Усилитель собран на полевом транзисторе VT1.

Сигнал принимаемой радиостанции с внешней антенны через Гн1 поступает в катушку связи L1 и далее в колебательный контур L2C1. С помощью переменного конденсатора С1 контур можно настроить на любую радиостанцию, работающую в диапазоне частот от 6 до 12 мГц. ( 25 – 50 м ). В таком же диапазоне работает и приёмник.   Применение индуктивной связи контура L2C1 с антенной позволяет подобрать оптимальную связь между ними. Колебательный контур полностью подключён к транзистору, что даёт возможность получить от такого УВЧ значительное усиление сигнала и повысить избирательность всего приёмного устройства по зеркальному каналу. Дополнительное улучшение избирательности по зеркальному каналу может достигать до 10 – 20 дБ. Необходимый режим работы транзистора VT1 обеспечивается включением в цепь истока резистора R1, который по переменной составляющей переменной заблокирован конденсатором С3. Нагрузкой транзистора является дроссель Др1. Выделенный на дросселе сигнал через С2 и гнездо Гн2 подаётся на вход приёмного устройства. В данной конструкции можно применять полевые транзисторы КП303В, 2П303В, КП303Г, 2П303Г, переменный конденсатор С1 любого типа с воздушным диэлектриком. Катушки L1, L2 наматывают последовательно друг за другом на фарфоровом каркасе диаметром 12 мм проводом ПЭВ-1 0,35. Катушка L1 содержит 21 виток, L2 – 5 витков. Дроссель Др1 должен иметь индуктивность около 2,5 мкГ. Можно изготовить самодельный дроссель, намотав на резисторе МЛТ-2 с сопротивлением более 50 кОм 40 витков провода ПЭЛШО 0,2. Налаживание усилителя сводится к подбору тока потребления. Для этого в разрыв питания включают миллиамперметр с током полного отклонения шкалы 10 мА. Резистором R1 подбирается ток потребления равный 5 мА. Возможно для более точной настройки диапазона придётся подобрать количество витков L2.

Усилитель на двух транзисторах.

На Рис.4 приведена схема УВЧ на двух гальванически связанных  транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой первого каскада является резистор R2. Второй каскад собран по схеме эмиттерного повторителя на транзисторе VT2. Нагрузка этого каскада ( резистор R5 ) включена в цепь эмиттера. С выхода второго каскада устройства в цепь базы подаётся напряжение отрицательной обратной связи через резистор R4.

  Наличие отрицательной обратной связи и непосредственная связь между каскадами обеспечивают устойчивую работу усилителя в достаточно широком диапазоне частот. Резистор R1 согласует его входное сопротивление с волновым сопротивлением антенного фидера ( 75 Ом ). Элементы R6C3 образуют развязывающий фильтр, подавляющий паразитные обратные связи через источник питания. Частотная и амплитудная характеристики усилителя определяются параметрами корректирующей цепи R3C2. При R3 =0 и С2 = 0 максимальное усиление в низкочастотной части диапазона, при R3 = 200 Ом и С2 = 220 пФ максимальное усиление в высокочастотной части диапазона, при R3 = 200 Ом и С2 = 0,015 мкФ частотная характеристика средняя между предыдущими двумя.

  И.И Андрианов “ПРИСТАВКИ К РАДИОПРИЁМНЫМ УСТРОЙСТВАМ”, Москва издательство ДОСААФ СССР, 1985 г. стр.6-15

Похожее

Схема усилителя высокой частоты — трансивера » Паятель.Ру

При конструировании QRP-аппаратуры желательно, по возможности, максимально использовать все её узлы, как на прием так и на передачу. Вниманию читателей предлагается усилитель, который обеспечивает линейное усиление сигналов как в области микротоков, то есть может работать как усилитель РЧ приемника, так и в области больших токов, и следовательно, может работать как усилитель мощности передатчика. Усилитель имеет такие параметры: Напряжение питания 12В. Коэффициент усиления по мощности, приблизительно равен 18. Амплитудно-частотная характеристика в диапазоне частот 1,8…30 Мгц, практически, линейна. Входное и выходное сопротивления усилителя равны.

Входное и выходное сопротивления, равные 100 ом позволяют усилитель хорошо согласовать с 75-ти омным коаксиальным кабелем и удовлетворительно с 50-ти омным. Равенство этих сопротивлений (входного и выходного) дает возможность использовать один и тот же «П»-образный контур, согласованный с антенной, как на прием, так и на передачу с высоким КПД. Благодаря низким входному и выходному сопротивлениям усилитель не склонен к самовозбуждению.

Принципиальная схема усилителя показана на рисунке 1, схема подключения в трансивере — на рисунке 2.

Схема очевидна и пояснений не требует. Вся наладка усилителя заключается в установке подбором номиналов резисторов R3 и R6 тока коллектора каждого транзистора, в пределах 15-25 mА. В целях повышения линейности усилителя оба транзистора должны иметь одинаковые коэффициенты усиления на трех разных токах — 10 mА, 50 mА, и 200 mА. Но можно использовать и неодинаковые транзисторы, примирившись с имеющими место искажениями.

Антипаразитные цепочки R4C3 и R5C4 несколько уменьшают коэффициент усиления, но значительно повышают его устойчивость к самовозбуждению. Но, если усилитель будет работать в диапазоне до 14 Мгц, и антенна, используемая с ним, будет хорошо согласована с усилителем, эти цепочки можно исключить. В этом случае коэффициент усиления возрастает до 25.

Усилитель может обеспечить чистую выходную мощность (то есть мощность, измеренную в нагрузке) не менее одного ватта, при этом в режиме передачи не следует подавать на его вход возбуждение более 50 мВт. Большее напряжение возбуждения может привести к появлению искажений, особенно в области нижних рабочих частот — в диапазоне 1,8… 3,5 МГц.

Коммутационная схема приведена на рис. 2. Для переключения направления прием-передача используется реле РЭС9. Можно поставить и два реле типа РЭС47. При применении реле типа РЭС60 усилитель возбуждался при работе на передачу на частоте около 30 МГц. «П»-образный контур, согласующий антенну с усилителем, работает как на прием, так и на передачу.

В режиме приема усилитель нагружен на балансный смеситель, имеющий входное сопротивление около 100 ом. В режиме передачи напряжение возбуждения поступает на усилитель от источника сигнала с низким выходным сопротивлением. Это может быть в случае широкополосного усилителя эмиттерный повторитель, усилитель с трансформаторным выходом или, в случае узкополосного усилителя, согласование через «П»-образный контур или с помощью LC-контура.

Рисунок 2

Усилитель можно собрать и на транзисторах типа КТ904, КТ907. В этом случае сопротивления резисторов R7 и R8 должны быть уменьшены до 1-2 Ом. Ток покоя транзисторов можно оставить таким же. Выходная мощность возрастет до 5 Вт, но коэффициент усиления снизится до 15. При усилении слабого сигнала шумы с этим типом транзисторов возрастут, особенно на высокочастотных диапазонах.

Детали. Все конденсаторы, используемые в усилителе типа КМ. Если есть возможность измерить емкость конденсаторов, желательно, чтобы С1=С2, С3=С4, С5=С6, С7=С8. Все трансформаторы намотаны скруткой из провода марки ПЭЛ — 0,3, причем две скрутки на 1 см длины, на кольцах из феррита с проницаемостью 400-600 (например 400НН, 400НМ, 600НН, 600НМ). Намотка равномерная по всей длине кольца. Кольца могут иметь диаметр от 7 до 15 мм и высоту 3 — 7 мм. Количество витков во всех трансформаторах равно 20.

Конструкция. Усилитель собран на плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 40×50 мм. В плате просверлены отверстия, в которых установлены транзисторы. Транзисторы снизу установлены на дюралевую пластину толщиной 4 мм, соответствующую по размерам плате. Детали усилителя — конденсаторы и резисторы смонтированы непосредственно на выводах транзисторов, и в случае необходимости припаяны к фольге платы на вырезанные по их месту установки пятачки фольги размерами 5×5 мм.

Остальная фольга используется в качестве «земли». Реле располагается в трансивере около выхода усилителя. Усилитель может быть расположен в любом месте трансивера, в этом случае сигналы входа и выхода должны быть поданы через коаксиальный кабель 75 Ом или , с худшими результатами, через обычный низкочастотный экранированный шнур, используемый в аудиотехнике.

Стабильный усилитель высокой частоты

УВЧ принципиальная схема которого показана на рис.1, отличается большим и устойчивым коэффициентом усиления Кu (несколько тысяч ) и малым потреблением и высокой стабильностью характеристик [1].

По постоянному току транзистор VT 1 включен диодом (база и коллектор замкнуты через дроссель L1). Вся схема по постоянному току представляет собой улучшенный генератор тока Уилсона с глубокой ООС по току. Поэтому режимы работы всех транзисторов стабильны и не зависят от температуры и питающего напряжения (если оно больше 2 В) .Коллекторные токи VT2 и VT3 одинаковы и задаются резистором R1, величина которого определяется по формуле: R1=(Uпит-2Uбэ)/Iк, где Uбэ= 0.7 В для кремниевых транзисторов; Iк — желаемый ток коллекторов VT2, VT3.

По переменному току схема представляет собой усилитель ОЭ-ОЭ-ОЭ, обладающий наибольшим коэффициентом по сравнению с другими схемами включения транзисторов в трехтранзисторных усилителях.

Первый каскад усиления выполнен на транзисторе VT1, a L1 обеспечивает смещение. Особенностью работы VT1 является равенство нулю напряжения коллектор-база этого транзистора. Это однако, не отражается на его усилительных свойствах, так как напряжение коллектор-эмиттер Uкэ= 0.7 В, что для маломощных кремниевых транзисторов значительно больше напряжения насыщения, составляющего 0.1-0.2 В.

С1,С2= 0.033 мкф, L1,L2= 40мкГн, R1= 5.1 кОм

При столь низком напряжении Uкэ активный режим VT1 сохраняется только да тех пор, пока амплитуда переменного напряжения на его коллекторе не превысит 200 мВ . Однако в данном усилителе она не может быть больше из-за высокого усиления последующих каскадов на VT2, VT3.

Второй каскад усиления на VT2 также выполнен по схеме с ОЭ, усиленный сигнал выделяется на R1. С коллектора VT2 сигнал поступает на базу VT3, эмиттер которого заземлен по высокой частоте через блокировочный конденсатор С2. Усиленный VT3 выходной сигнал выделяется на нагрузке Z1. в качестве которой-может быть использован параллельный колебательный контур (при резонансном усилителе) или резистор (при широкополосном).

Усилитель обладает высоким и устойчивым коэффициентом усиления, некритичен к монтажу и расположению элементов. При указанных на рис.1 номиналах, VT1-VT3 КТ368АМ, Uпит=12В и резисторе в 1к0м в качестве Z1 усилитель имеет полосу частот 0.1-20 МГц и Кu=3000. При необходимости регулировки Кu в широких пределах (например для АРУ) управляющее напряжение +1.5… 12 В можно подать на верхний вывод R1, отсоединив его от плюса источника питания.

Пример использования рассмотренного УВЧ в приемнике прямого усиления на СВ диапазоне показан на рис.2. Магнитная антенна WA1 выполнена на стержне 400НН 0 8 мм L1 содержит 90 витков провода ПЭЛШО 0.1, a L2 — 3 витка того же провода.С катушки связи L2 принятый сигнал поступает на вход УВЧ, аналогичного описанному, с тем лишь отличием, что для упрощения вместо дросселей включены резистры R2, R3. Со входа УВЧ Ku=6000 при Uпит=6 В. Детектор выполнен на диодах VD1-VD3, которые обязательно должны быть германиевыми. Приемник сохраняет работоспособность при снижении напряжения до 1,6 В.

Литература

1.Г. Уточкин. И. Гончаренко. Усилитель высокой частоты. Заявка СССР N 4649488/09, Решение ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства от 23.11.89

Г.УТОЧКИН г.Рзань, И. ГОНЧАРЕНКО (RC2AV) г.Минск (РЛ 7/91)

Резонансный усилитель — высокая частота

Резонансный усилитель — высокая частота

Cтраница 1

Резонансные усилители высокой частоты на туннельном диоде могут быть выполнены по параллельной и последовательной схемам.  [1]

Резонансный усилитель высокой частоты УВЧ служит буфером и повышает стабильность работы возбудителя.  [3]

К резонансному усилителю высокой частоты, являющемуся частью радиоприемника, предъявляются требования, характеризуемые следующими показателями: коэфициентом усиления, избирательностью, степенью искажений, устойчивостью работы, перекрытием диапазона частот ( волн), экономичностью, удобством управления, электрической и механической прочностью, габаритом и весом.  [4]

Более пригодными для резонансных усилителей высокой частоты являются тетроды и пентоды.  [5]

Рассмотренная схема ступени резонансного усилителя высокой частоты широко применяется в приемниках и передатчиках. По причинам, которые будут рассмотрены далее, в таких ступенях вместо триодов применяют более сложные лампы.  [7]

На транзисторе Г4 собран резонансный усилитель высокой частоты, который увеличивает общую чувствительность приемника и его избирательность по зеркальному каналу. Принятый высокочастотный сигнал передатчика поступает на базу транзистора Ti, включенного по схеме с общим эмиттером. Через резистор Ri на базу подается начальное смещение и поступает управляющий сигнал АРУ.  [8]

Добавление к приемнику низкого класса резонансного усилителя высокой частоты ( преселектора) улучшает такие важные параметры приемника как избирательность по зеркальному каналу, чувствительность и величина динамического диапазона. Действие АРУ становится значительно эффективнее, когда напряжение АРУ подводится к каскаду УВЧ. Если усиление приемника таково, что при полностью введенном регуляторе громкости уже прослушивается собственный шум, то наличие резонансного УВЧ резко улучшает отношение сигнал / шум при неизменном уровне полезного сигнала.  [9]

Следует заметить, что избирательности резонансного усилителя высокой частоты по току и напряжению совпадают, поэтому формула избирательности (5.4) справедлива для УВЧ в области малых и больших расстроек.  [10]

На рис. 3.11. изображена обобщенная эквивалентная схема резонансного усилителя высокой частоты.  [11]

Так, например, обратная связь в резонансных усилителях высокой частоты может вызвать асимметрию резонансной кривой, а при определенных условиях — даже неустойчивость работы усилителя. Для устранения недостатков, вызванных обратными связями, необходимо построить общую схему устройства таким образом, чтобы влияние их было сведено к минимуму. Это можно достигнуть введением в схему нейтродинных цепей, при помощи которых нейтрализуются или сводятся к минимуму нежелательные действия паразитных связей устройства, возникающих за счет проводимостей между электродами транзисторов или электронных ламп и паразитных емкостей схемы усилителя.  [12]

В приемнике прямого усиления сигнал, принятый антенной, усиливается резонансным усилителем высокой частоты, детектируется, а затем выделенный сигнал поступает в усилитель низкой частоты. В простейших приемниках этого типа усилитель высокой частоты может отсутствовать.  [13]

При всей простоте схема однолампового конвертера обладает серьезными недостатками, о которых упоминалось в предыдущем параграфе, так как приемный тракт, в состав которого входит подобный конвертер, не имеет резонансного усилителя высокой частоты. Этим объясняются низкая помехоустойчивость, подверженность перекрестной модуляции, низкая чувствительность, заметное влияние настройки входных цепей на частоту гетеродина.  [15]

Страницы:      1    2

Усилитель — высокая частота — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Усилитель — высокая частота

Cтраница 4

Усилитель высокой частоты собран по схеме параллельного питания. В катодную цепь включен фильтр, настроенный на промежуточную частоту.  [47]

Усилитель высокой частоты и усилитель мощности — это каскады, назначением которых, как ясно из самих названий, является усиление напряжения и мощности.  [48]

Усилитель высокой частоты обеспечивает усиление колебательного напряжения до величины, требуемой для возбуждения ламп оконечного каскада.  [49]

Усилитель высокой частоты ( УВЧ) состоит из двух ступеней, выполненных по трансформаторной схеме с дополнительной емкостной связью между анодом лампы и контуром, служащей для получения равномерного усиления внутри поддиапазона.  [51]

Усилитель высокой частоты ( УВЧ) состоит из двух каскадов.  [53]

Усилитель высокой частоты выполнен на высокочастотном транзисторе типа ГТ313А по схеме с общей базой. Напряжение сигнала с контура подается на базу транзистора ТЗ посредством автотрансформаторно-емкостной ( через конденсатор С / 6) связи.  [54]

Усилитель высокой частоты усиливает принятые антенной сигналы до величины, необходимой для нормальной работы детектора. С помощью детектора из радиосигнала выделяются колебания низкой ( звуковой) частоты, которые затем усиливаются в каскадах усиления низкой частоты до мощности, необходимой для громкоговорящей работы приемника.  [55]

Усилитель высокой частоты, смеситель и гетеродин объединены в один блок, конструкция которого унифицирована. Ранее отдельные выпуски блоков ПТК различались лишь длиной осей, на которые надеваются ручки управления.  [56]

Усилитель высокой частоты выполнен на транзисторах Tl, T2 ( ГТ322А) по схеме каскодного усилителя. Диоды Д1, Д2 ( Д223) предохраняют транзистор Т1 от перегрузок. Поэтому в первом каскаде УВЧ уменьшается отрицательная обратная связь по переменному току и усиление сигнала достаточно велико.  [57]

Усилитель высокой частоты выполнен на транзисторе Т1, включенном по схеме с общей базой. Нагрузкой УВЧ служит контур L3C7, включенный в цепь коллектора транзистора TI. При больших напряжениях сигнала на контуре L3C7 диод Д1 сильнее шунтирует контур вследствие уменьшения внутреннего сопротивления.  [58]

Усилители высокой частоты предназначены для усиления высокочастотных сигналов, занимающих тот или иной спектр частот.  [59]

Усилители высокой частоты в приемниках на полупроводниковых триодах собираются по схеме резонансных УВЧ. Предпочтение следует отдавать плоскостным триодам, которые работают более устойчиво и имеют более низкий уровень шумов.  [60]

Страницы:      1    2    3    4

Широкополосный высокочастотный усилитель

Это широкополосный высокочастотный усилитель , схема , широкая полоса частот между 75-150 МГц, использующая транзисторы, усилитель PNP . Для увеличения мощности сигнала. Перед приемником телефона. Или FM-радио, или любительское радио.

Если сигналы высокочастотные, в частности его УКВ . Цепь усилителя — одна, служит только для усиления сигнала.

Работа схемы

Высокочастотный диапазон УКВ, антенна индуктивная , на вывод эмиттера транзистора Q1.Таким образом, схема в сочетании с басом имеет низкий выходной импеданс . Можно использовать специальный код доступа 50 Ом , антенна на схеме у всех.

Сигнал в Q1 будет расширяться, чтобы увеличиваться. И отправил тюнеру или ресиверу на ресивер.

Рисунок 1 Схема широкополосного усилителя высокой частоты.

Катушка проволочная эмаль №24 СВГ Л1, тыс. Витков по 10, внутренний диаметр 3 мм. И номер провода катушки L2.Тысяч 13 витков диаметром 5 мм. Стент как непрофильный, так и воздушный сердечник.

Источник питания — +5 В, , ток этой цепи — 2,5 мА. Если компоненты использовать. Должен быть основан на антенне. И дизайн высокочастотных печатных плат.

Как собрать схемы

Схема сборки на универсальной плате PCB как Рисунок 2 Могут возникнуть проблемы, возникнут помехи, если схема сборки действительно используется.Должен иметь базовую антенну и конструкцию печатной платы в разумных пределах высокой частоты.

Список компонентов

Размер резисторов ¼ W + 5%
R1, R2: 18K
R3: 1,5K
R4: 220 Ом
Конденсаторы
C1, C3: 0,0056 мкФ 50 В
C2: 56 пФ 50 В
C4: 5,6 пФ 50V
Semiconductor
Q1: BF324___PNP Transistors
Others
L1: 10 витков 24-х проволочного магнита с эмалевым покрытием SWG, намотанного с внутренним диаметром около 3 мм. нет ядра.
L2: 13 витков 24-х витков магнита с эмалевым покрытием SWG, намотанного с внутренним диаметром около 5 мм.нет ядра.
Универсальная печатная плата

Рис. 2 компоновка компонентов этой схемы

Вот несколько связанных схем, которые также могут оказаться полезными:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ЧЕРЕЗ ЭЛЕКТРОННУЮ ПОЧТУ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Высокочастотные усилители (> 6 ГГц)

Новые продукты

Ознакомьтесь с последними новинками в нашем портфеле продуктов.

Выучить больше

5G Инновации

Qorvo прокладывает путь к 5G.

Выучить больше

Литейные технологии

Узнайте о наших передовых технологиях в литейном производстве!

Выучить больше

Бесплатная электронная книга: 5G RF для чайников, 2-е издание

Будьте готовы к будущему Интернета вещей и мобильной связи.

Выучить больше

GaN инновации

Технология GaN

Qorvo помогает вам оставаться на связи и защищать.

Выучить больше

Связаться

Свяжитесь с Qorvo по телефону, электронной почте или через форму.

Выучить больше

Видение Корво

Наше путешествие к лучшему и более взаимосвязанному завтра.

Выучить больше

Блог Qorvo

Ознакомьтесь с последними тенденциями в области радиочастот, практическими статьями, советами по дизайну и многим другим от экспертов Qorvo.

Выучить больше

Почему Qorvo?

Ознакомьтесь с главными причинами, по которым стоит работать в Qorvo.

Выучить больше

Высокочастотные усилители | SpringerLink

• Ulrich Tietze
• Christoph Schenk
• Eberhard Gamm

Abstract

Сегодня в сборках высоких и промежуточных частот телекоммуникационных систем в дополнение к современным интегральным усилителям по-прежнему используются усилители, состоящие из дискретных транзисторов.Это особенно характерно для высокочастотных усилителей мощности, используемых в передатчиках. В низкочастотных сборках, напротив, используются только интегральные усилители. Использование дискретных транзисторов обусловлено статус-кво полупроводниковой технологии. За разработкой новых полупроводниковых процессов с более высокими частотами прохождения вскоре следует производство дискретных транзисторов, но производство интегральных схем на основе нового процесса обычно происходит лишь через несколько лет.Кроме того, при производстве дискретных транзисторов с особенно высокими транзитными частотами часто используются материалы или процессы, которые не подходят (или еще не подходят) для производства интегральных схем в области производства или по экономическим причинам. Однако высокие темпы развития систем радиосвязи стимулировали развитие полупроводниковых процессов для высокочастотных приложений. Интегральные схемы на основе сложных полупроводников, таких как арсенид галлия (GaAs) или кремний-германий (SiGe), могут использоваться в диапазоне до ГГц.Для приложений с частотой до 3 ГГц в основном используются биполярные транзисторы, которые в случае конструкций из GaAs или SiGe известны как биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT). На частотах выше 3 ГГц используются полевые транзисторы с переходом из арсенида галлия или полевые транзисторы металл-полупроводник (MESFET). ¹ Частота прохождения колеблется от 50. . . 100 ГГц.

Ключевые слова

Согласование импеданса рабочей точки Усиление мощности биполярного транзистора Выходное сопротивление

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами.Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Конструкция HBT соответствует конструкции обычного биполярного транзистора. Однако здесь используются различные составы материалов для основной и эмиттерной областей, чтобы повысить коэффициент усиления по току на высоких частотах. Конструкция MESFET показана на рис. 3.26b на странице 196.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

для проверки доступа.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

Раздел 27

1. [27.1]

   Zinke, O .; Brunswig, H .: Lehrbuch der Hochfrequenztechnik. т. 1, 4-е издание. Берлин: Springer, 1990.

   CrossRefGoogle Scholar

2. [27.2]

   Hewlett Packard: Дизайн S-параметров. Примечание по применению 154.

   Google Scholar

Информация об авторских правах

Авторы и аффилированные лица

• Ульрих Титце
• Кристоф Шенк
• Эберхард Гамм

1. 1.Институт технической электроники, Эрланген-Нюрнбергский университет, Германия
2. 2-й доктор. Schenk GmbHMunicGermany
3. 3.ErlangenGermany

Руководство по линейной электронике: высокочастотные усилители

Введение: Некоторые из схемотехники, которые используются при проектировании усилителей для низкочастотных сигналов были рассмотрены в разделе 6, и в то время как большинство схем макетов, которые работают на низких частотах, также будут работать на более высоких они обычно не работают, и почти всегда есть проблема в получении полезного каскадного усиления от простой схемы на высоких частотах.Это приводит к практическим трудностям, особенно с небольшими сигналами, в получение достаточно хорошего общего отношения сигнал / шум, учитывая, что каждый каскад усилителя будет вносить некоторые дополнительные шумы схемы и устройства собственноручно. Поэтому важно убедиться, что на отдельном этапе коэффициенты усиления — особенно на входе усилителя — достаточно высоки что усиленный шум на их входах всегда будет больше генерируется следующими этапами. Использование резонансного настроенного контура такого типа, который анализируется в разделе 11, является большим подспорьем в этом отношении, поскольку увеличение напряжения, определяемое добротность такой схемы обеспечит почти бесшумный элемент усиления, так что каскад «усиления» может понадобиться только для работы в качестве преобразователя импеданса. «буфер» для преобразования высокого выходного сопротивления параллельно настроенного резонансного цепь в источник сигнала с низким сопротивлением, который может управлять следующими ступенями.Однако этот подход полезен только при усилении на одной частоте, или узкая полоса частот, приемлемо. Это было почти всегда случай в ранних радиоприемниках, где основная задача «радиочастота» (RF) каскад усилителя должен был просто увеличить размер принимаемого сигнала, от антенного входа до уровня, на котором простое выпрямительное устройство могло выполнять функцию отделения модуляции от радиочастоты ‘перевозчик’. РЧ-каскад также может дать полезное увеличение селективности. чтобы помочь пользователю отделить полезный сигнал от другого на соседнем несущая частота. Практическая схема На заре радио, когда триодные лампы были единственными доступными типами, такой «настроенный» каскад ВЧ усилителя будет использовать тип схемы схематично показано на фиг. 1, с использованием настроенного входа и выхода. схема. Однако эта компоновка страдает загвоздкой, заключающейся в том, что когда эти две цепи LC почти настроены, цепь почти неизбежно лопнет в колебание. Эту проблему можно решить, если настроенные схемы довольно сильно демпфируются параллельным подключением резисторов подходящего номинала, но это снизит эффективность настроенных схем в уважение к выгоде и избирательности, которые они могут обеспечить.Эта нестабильность возникает потому, что небольшая паразитная емкость анода / сетки (C_fb) позволяет нежелательная обратная связь энергии от усиленного сигнала на клапане анода во входную настроенную цепь: проблема, которая будет усугубляться при работе частота увеличивается, потому что это также уменьшит импеданс RF цепи обратной связи по паразитной емкости. РИС. 1. Типовой каскад ВЧ усилителя с триодным вентилем. Первая часть требования к непрерывным колебаниям, чтобы петля коэффициент усиления должен превышать единицу, будет соблюдаться, когда сопротивление обратной связи емкость на рассматриваемой частоте меньше или равна произведение динамического импеданса входной настроенной цепи и напряжения усиление сцены.Вторая часть этого требования, чтобы обратная связь напряжение должно точно совпадать по фазе с входным сигналом на частоте при которой будет происходить колебание, будет выполняться на некоторой частоте около частота резонанса из-за комбинированного эффекта фазового сдвига в сигнале, проходящем через емкость обратной связи и дополнительную, и довольно резкий фазовый сдвиг в настроенной LC-цепи, показанной на фиг. 2, между его выходным напряжением и входным током, когда входной сигнал проходит через его резонансную частоту. Хотя кажется возможным настроить входные и выходные цепи так, чтобы колебания не допускаются, что на практике очень трудно достичь. Это означает, что практические триодные ВЧ усилители должны использовать либо каскад усиления. типа, показанного на фиг.3, в котором влияние емкости обратной связи нейтрализован, или схема типа «заземленная сетка», как показано на фиг. РИС. 2 Зависимость фазового угла настроенной цепи от частоты приложенного сигнала РИС. 3 Нейтрализованный триодный вентильный каскад усилителя ВЧ Рис. 4 каскад ВЧ усилителя с заземленной сеткой В схеме, показанной на фиг.3, средняя точка выходной настроенной схемы заземлена. на RF, так что сигнал, который находится в противофазе к сигналу на аноде клапана развивается на противоположном конце LC-контура, и это позволяет преднамеренная обратная связь через нейтрализующий конденсатор (Cn) сигнала который может точно отменить то, что возникает из-за внутренней обратной связи из-за паразитные емкости клапана (C_fb).Эта аранжировка работает довольно хорошо, но требует выходной катушки с ответвлениями, а также предотвращает использование групповой настройки конденсатор, так как ротор настроечного конденсатора C теперь не может быть взят до точки нулевого ВЧ потенциала. Кроме того, на практике это довольно утомительно задача установить Cn на значение, которое устранит тенденцию к колебаниям во всем необходимом диапазоне рабочих частот. Каскад усилителя с заземленной сеткой, показанный на фиг. 4, в котором используется сеточный электрод. триодного клапана в качестве электростатического экрана между входом и выходом настроенных схем, работает очень хорошо и часто встречается в «твердотельных» версия, как каскад усиления RF в недорогих схемах FM-радио, где биполярный транзистор используется в схеме, показанной на фиг.Описание «заземленная база» обычно используется для этого типа цепи. Рис. 5. Транзисторный каскад ВЧ-усилителя с заземленной базой. Единственная проблема с любой из этих двух последних цепей заключается в том, что оба катодная цепь клапана и эмиттерная цепь транзистора точки с очень низким импедансом из-за влияния внутреннего отрицательного Обратная связь. Это означает, что вход в каскад усиления должен приниматься на точка ответвления на L2 ниже, чтобы обеспечить достаточно низкий импеданс привода, и это ограничивает усиление напряжения, доступное от входной настроенной схемы, L_2 / CV_1. В случае ламповых усилителей инженерное решение проблемы нежелательной обратной связи от анода к сети из-за межэлектродных паразитных емкостей, был обеспечен введением «экранной сетки», подключенной к подходящему положительный потенциал с низким импедансом RF и установлен внутри между сеткой и анод. Такие экранированные сеточные клапаны и их более поздние преемники «пентоды RF», очень удовлетворительно решила проблему внутренней емкостной обратной связи, и позволил получить полезную степень усиления до частот при котором потеря эффективности из-за времени пролета электронов в пределах клапана, и паразитной индуктивности соединений с клапаном от его обладатель стал важным фактором. Современным твердотельным эквивалентом сеточного клапана с сеткой является МОП-транзистор с двойным затвором, символически показанный на фиг. В этом типе устройства металлизация второго изолированного электрода затвора (G2), сформированная на полевом транзисторе канал между сигнальным затвором (G1) и стоком. С современными МОП-транзисторы с двойным затвором, емкость обратной связи не превышает 0,01 пФ; по сравнению с емкостью коллектор-база 3-10 пФ типичного слабосигнального биполярный переходный транзистор или аналогичная емкость сток-затвор типичное устройство для создания эффекта поля на стыке; и это обеспечивает стабильное усиление RF, используя простой каскад усиления, показанный на фиг. 7, до нескольких сто мегагерц.Недавние двухзатворные МОП-транзисторы на основе арсенида галлия, скорее чем кремний, расширили полезный частотный диапазон до диапазона ГГц. РИС. 6. Устройство РЧ-усилителя на полевых МОП-транзисторах с двумя затворами. РИС. 7. Каскад ВЧ усилителя на полевых МОП-транзисторах с двумя затворами. К сожалению, высокое сопротивление цепи, связанное с полевыми МОП-транзисторами, приводит к к несколько худшему коэффициенту шума схемы по сравнению с каскадами усиления на основе биполярных переходных транзисторов или переходных полевых транзисторов.Схема расположения использование стандартных устройств, которые позволяют избежать проблемы емкости обратной связи в силу компоновки схемы показана компоновка длиннохвостой пары для транзисторы с биполярным переходом, показанные на фиг.8, и каскодная схема, показанная на фиг.9, с использованием переходных полевых транзисторов. В этих случаях выходной транзистор управляется либо его эмиттер или его источник, поэтому база или затвор — который берется точка с низким импедансом по отношению к ВЧ — расположена между входом и выход усилительного устройства.Это дает аналогичную степень ввода-вывода. изоляция от цепи заземленной базы, показанной на фиг.5, но с более высоким входным сигналом. сопротивление. Обе схемы схемы позволяют получить стабильное усиление. вплоть до довольно высоких рабочих частот. РИС. 8 каскад ВЧ-усилителя с длинными хвостовиками RF РИС. 9 Каскад усилителя на полевых транзисторах с каскодом Интересный вариант каскодной схемы, сочетающий в себе характеристики обеих этих схем за счет использования дополнительных устройств симметрии, показан на фиг.10.Такое расположение обеспечивает изоляцию заземленного основания. каскад, а также высокий входной импеданс, связанный с эмиттерным повторителем. В схемах каскода и заземления ток через выходное устройство почти полностью определяется прямым потенциалом эмиттер / база. Это приводит к типу взаимосвязи между током коллектора и Напряжение коллектор / база показано на ФИГ.11, где фактическое напряжение коллектора очень мало влияет на ток коллектора, а это означает, что устройство имеет чрезвычайно высокий динамический выходной импеданс.Это полезно, поскольку такие каскад может быть подключен напрямую к параллельному резонансному настроенному контуру без введение значительного параллельного демпфирования сопротивления его характеристик. РИС. 10 Каскад дополнительного каскодного ВЧ усилителя РИС.11 Токовые характеристики каскодного коллектора Как полевые МОП-транзисторы, так и транзисторные полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (> 1000), и, следовательно, может быть подключен напрямую через настроенную LC-цепь, так как показано на фиг.9, без уменьшения его Q — коэффициента увеличения напряжения. — в то время как биполярное устройство почти всегда требует, чтобы управляться от точки подключения, расположенной ниже по настроенной цепи чтобы уменьшить влияние его относительно низкого (5-10кОм), входного сопротивления на Q схемы. Оригинальный альтернативный метод нейтрализации каскада ВЧ-усиления — в этом случай переходного полевого транзистора, выбранный потому, что его почти идеальная передача по квадратичному закону характеристики обеспечивают низкую кросс-модуляцию между желаемым и мешающим входные сигналы — описано Philips (Электронные компоненты и приложения, Май 1980 г.) и показано в схеме на фиг. В этом случае подстроечный конденсатор входного настроенного контура (CV1) эффективно подключается между затвором и источник, и небольшой индуктор, в этом случае ???? индуктивность, подключена между источником и линией 0 В. РИС.12 Схема нейтрализации индуктора источника Если керамические фильтры на ПАВ (см. Раздел 11) должны использоваться в качестве селективных элементы, они обычно требуют входного и выходного сопротивления нагрузки порядка нескольких сотен Ом. На таком уровне импеданса стандарт усилитель обратной связи с биполярным транзистором, такой как показанная схема на рис. 13, который я разработал для каскада ПЧ FM-тюнера, удовлетворительный ответ. В случае показанной схемы усилитель обеспечивает стабильное усиление примерно 50 дБ при 10.7 МГц. Что позволяет ожидаемые потери 28 дБ в четырех фильтрах на ПАВ, что соответствует расчетному значению для остаточного усиления ПЧ 22 дБ (5). Ширина полосы, шум и кросс-модуляция Для любого данного сопротивление источника, температура окружающей среды и полоса измерения будет соответствующее напряжение теплового шума (En), определяемое уравнением: … где k — постоянная Больцмана (1,38×10 — полное сопротивление цепи, T — температура окружающей среды в ° Кельвина (так называемая «абсолютная температура», на основе нуля -273.3 ° C), а B — полоса измерения в Гц. РИС.13 Усилитель ПЧ FM-приемника для использования с фильтрами на ПАВ (усиление = 50 дБ @ 10,7 МГц) При идеальных компонентах не имеет значения, на каком этапе полоса пропускания была определена после того, как результат, с точки зрения выходного шума уровень, будет тем же самым и будет среднеквадратичной суммой всех шумовых составляющих. в результате импеданса входной цепи и накопленного выигрыша по напряжению предыдущих каскадов усиления.К сожалению, всегда есть некоторая степень нелинейности, связанной с любым усилительным устройством, и это может привести к например, к типу передаточной характеристики, показанному на фиг.14. Если есть присутствует нелинейность, кривизна входной / выходной передаточной характеристики вызовет усиление напряжения схемы (пропорционально вертикальному компонент наклона передаточной кривой), чтобы в какой-то момент было больше на кривой передачи ввода / вывода, чем другой. РИС. 14. Влияние нелинейности на передаточные характеристики усилителя. Итак, если сигнал усиливается таким нелинейным каскадом, а это верно независимо от нелинейной формы передаточной характеристики, любой механизм — например, дополнительное напряжение сигнала, обрабатываемое одновременно тот же усилительный каскад, который заставляет рабочую точку перемещаться вверх и вниз по передаточной кривой усилителя Em / Eout, будет иметь эффект «модулирование» (увеличение или уменьшение размера) результирующего напряжения сигнала. При механизме перемещения рабочей точки вверх-вниз присутствует наличие напряжения второго одновременного сигнала, в результате оба выходных сигнала сигналы будут модулироваться друг другом — явление, которое называется перекрестным модуляция ».Этот эффект будет иметь место на любой стадии, которая страдает от любой степени искажения формы сигнала, что на практике означает практически все реальные — в отличие от теоретической системы, и имеет особое значение в широкополосные усилительные каскады. Это потому, что такие каскады усилителя будут иметь более высокий компонент теплового шума — см. уравнение (1) выше — и поскольку есть большая вероятность, особенно в предусилителе радиочастоты системы, что один или несколько относительно мощных сигналов будут включены в полосу пропускания усилителя.Итак, при наличии таких неизбежных нелинейностей в характеристиках усилителя все сигналы будут кросс-модулированы широкополосный шум, составляющая шума, которая останется характерной чертой каждого сигнал, и на него не повлияет последующее ограничение полосы пропускания (кроме соображения сокращения боковой полосы). Кроме того, все сигналы, которые присутствующие в то же время будут до некоторой степени перекрестно модулировать друг друга: эффект, который впоследствии не может быть устранен более поздними улучшениями селективности. Некоторое облегчение дает тот факт, что эффекты нелинейности в кривой передачи входного сигнала связаны с размером входного сигнала, поэтому что чем меньше сигнал, тем точнее передаточная характеристика будет приближаться к идеальной форме прямой линии, а менее значимые кросс-модуляция всех видов будет. Однако факт остается фактом: чем шире диапазон, с которым должна работать любая сцена, тем больше область будет для различных операционных проблем. Таким образом, при хорошей конструкции усилителя необходимо объединить следующие требования: что усиление входного каскада должно быть достаточным, чтобы шум вклад со всех последующих этапов будет меньше, чем из-за вклада сцена; что по тем же причинам следует выбирать межступенчатые муфты. для достижения наилучшей передачи энергии сигнала от каждой ступени к следующий; что эффективная полоса пропускания любого этапа никогда не превышает необходимо; что все этапы имеют максимально возможную линейность их передаточные характеристики; и что уровень сигнала в любой точке системы никогда не разрешается превышать то, что может быть размещено в адекватном линейная часть переходной кривой.Можно также добавить, что это полезный стремление к достижению требуемой производительности с минимальными затратами возможное количество ступеней: то, чего нет, не добавляет шума и не может пройти неправильно. Конструкция широкополосного усилителя Есть три основных трудности в получении хороших высокочастотных характеристик. от простого транзисторного усилителя, показанного на фиг. 15, игнорируя на данный момент такие загадочные вещи, как эффекты времени прохождения носителя в пределах Устройство.), выходная паразитная емкость (Cs) и входная (база-эмиттер) емкость (Cin), что в значительной степени связано с прямым смещением диода на переходе база-эмиттер, важный фактор, который будет рассмотрен позже. FIG15 Важность емкости обратной связи в простом сопротивлении-емкости связанного усилителя, в основном из-за того, что, поскольку каскад представляет собой инвертируя единицу, входное напряжение y приведет к выходу напряжение -Ay, где A — коэффициент усиления каскада.Этот означает, что входное напряжение y вызовет общее напряжение — (A + 1) j до развиваются на конденсаторе, так что требуемый входной ток зарядки чтобы на входе устройства возникло изменение напряжения, будет A + 1 раз больше, чем если бы выходной конец C_fb был просто подключен к Рейка 0В. Это эффективное увеличение емкости обратной связи равно известный как «эффект Миллера», и для емкости обратной связи 5 пФ и при усилении каскада 50, этот эффект сделает емкость, видимую на входе кажутся 255 пФ.Если мы определим емкость Миллера как Cm, то получим полезная степень усиления, скажем, на 5 МГц от такого каскада потребовала бы что полное сопротивление источника (Zs) значительно ниже, чем у Cm при 5 МГц, то есть менее 127 Ом. Влияние паразитной емкости (Cs) от точки выхода к земле, зависит от постоянной времени заряда / разряда Cs и R. Опять же, для точка -3 дБ на кривой усиления на частоте 5 МГц для значения паразитной емкости 10 пФ, сопротивление нагрузочного резистора не может превышать 3 кОм.(Оба значения резистора равны полученный из уравнения Zc = 1 / [27 pi C]. Самый простой способ минимизировать влияние емкости Миллера — использовать либо заземленная база, либо дифференциальный усилитель, либо каскодная схема, видов, показанных на фиг. 5, 8, 9 и 10, модифицированных для использования в схема с резистивной связью, как показано в схемах, показанных на фиг. Рис. 16. Практические схемы широкополосного усилителя. а. Каскод; б. Длиннохвостая пара; c.Дополнительный (связанный с эмиттером) каскод; d. Основание заземленное МОП-транзистор с двумя затворами также может использоваться в качестве каскада усилителя, но такие устройство, хотя и превосходное с точки зрения очень низкой обратной связи (Миллер) емкость, будет иметь ограничения в отношении возможного тока стока, которое может быть достаточно высоким для достижения полезного выходного напряжения. качели с низким сопротивлением нагрузки коллектора или стока. Другой распространенный метод, проиллюстрированный на фиг.16, заключается во включении малая катушка индуктивности Ll9 последовательно с RL.Значение этого индуктора будет выбирается так, чтобы резонировать с паразитной емкостью, как параллельная настроенная цепь, на частоте, близкой к верхней точке усиления -3 дБ каскада усилителя. Это повысит усиление каскада на этой частоте, и может позволить использовать более высокие значения нагрузочного резистора, что даст более высокое усиление каскада — при том же значении паразитной емкости. Альтернативный подход, который также используется, когда каскад усилителя для управления известной емкостной нагрузкой, например, длинным кабелем, должен включать катушку индуктивности L2, как показано на фиг. 17, последовательно с выходом цепи, при этом значение L2 выбрано так, чтобы резонировать с Cs как последовательно настроенный цепи, чтобы генерировать более высокое выходное напряжение на ВЧ-конце указанная полоса пропускания. РИС. 17. ВЧ-компенсация на выходе индуктора. Еще один очень полезный способ ограничения шунтирующего воздействия паразитной нагрузки. емкости на нагрузочном резисторе усилителя просто вставить выходной эмиттерный повторитель (или его эквиваленты на полевых транзисторах) между каскадом усиления и цепь нагрузки, как показано на фиг.18. Это позволит обеспечить эффективное выходное сопротивление, видимое для нагрузки, меньше чем 100 Ом, с последующим значительным увеличением эффективного усиления / полосы пропускания продукт сцены.Однако при использовании этого вид схемы, в которой эмиттерный повторитель может перейти в колебательное состояние, на УКВ, с определенными значениями емкости и индуктивности выходной нагрузки, из-за его внутренней паразитной емкости и времени прохождения носителя. Этот тип Механизм более подробно описан в Разделе 13. РИС.18 Преобразователь импеданса выходного эмиттерного повторителя При использовании очень высоких частот можно полностью отказаться от нагрузочного резистора, как показано на фиг.19, так что индуктор нагрузки Ll9 действует просто как ВЧ-дроссель. — нагрузка, ВЧ сопротивление которой увеличивается с увеличением частоты, но сопротивление постоянному току может быть довольно низким — допускает относительно высокие значения тока коллектора течь, с, как следствие, увеличенные значения передаточной проводимости усилителя (gm), выраженный в миллиамперах изменения выходного тока для единицы напряжения изменение приложенного входного потенциала.Недостаток такого расположения, помимо того, что усиление каскада будет очень низким на низких частотах, заключается в том, что выше частоты резонанса дросселя с нагрузкой паразитная емкость, выходная нагрузка будет казаться чисто емкостной, следовательно, усиление каскада будет линейно падать с увеличением частоты. РИС. 19 ВЧ дроссель, используемый в качестве нагрузки Хотя для простоты я проиллюстрировал предыдущие каскады усилителя. поскольку при использовании одного транзистора разработчики на практике чаще выбирают использовать каскад усиления, такой как схема каскода, показанная на фиг.20, которая будет ограничить влияние емкости Миллера. РИС. 20. Каскад широкополосного усилителя с каскодом. Влияние емкостей перехода Емкости в соединительном транзисторе состоят из двух отдельных компонентов, « паразитные » емкости, которые возникают просто из-за физических близость соединительных проводов, и те, которые связаны с наличием диодов коллектор-база и база-эмиттер. При нормальной работе соединение коллектор-база имеет обратное смещение, поэтому это диод похож на любой другой конденсатор переходной эквивалентной площади и легирования уровень, и предложит емкость (C :), которая будет меняться в обратном направлении. уровень смещения идентичен хорошо известному настроечному диоду Varicap, емкость которого приблизительно определяется уравнением… … где V — приложенное напряжение, m — постоянная, зависящая от перехода площадь, толщина и уровень легирования, а Vd — прямая проводимость диода. напряжение — примерно 0,6В для кремниевых устройств. При нормальных условиях работы в режиме слабого сигнала напряжение коллектор-база останется практически постоянным, так что C1 можно рассматривать просто как емкость внутреннего устройства во многом так же, как и анод — сеточная емкость клапана — трактовка, которую я использовал выше.К сожалению, Эффект смещения базы-эмиттера вперед намного сложнее, потому что эффективная емкость для данной области перехода будет намного больше и намного сильнее зависит от уровня легирования и напряжения смещения, особенно последнее. По этой причине производители транзисторов не попытаться указать эффективную емкость перехода база-эмиттер, но, вместо этого укажите значение эффективной «текущей частоты перехода усиления», или «произведение коэффициента усиления / пропускной способности», «fT», которое во многом зависит от него.Этот тип спецификации, в любом случае, скорее вводит в заблуждение в своем очевидном значении, поскольку указанное значение ‘fT = 400MHz’ имеет тенденцию создавать впечатление, что некоторые полезное усиление может быть доступно на этой частоте, тогда как в действительности это частота, на которой текущий коэффициент усиления упал до единицы в Таким образом, транзистор с Af e (коэффициент усиления по току общего эмиттера) составляет 400 будет иметь точку-3 дБ в значении усиления на частоте 1 МГц, а не 400 МГц! Переход значение частоты для биполярного переходного транзистора является комплексным фактором, и зависит от геометрии устройства, включая, в частности, толщина перехода, уровень легирования, подвижность носителей, а также в качестве эффективной входной емкости (база-эмиттер), так как это обеспечит альтернативный путь к земле для тока входного сигнала.внутренний проводящее сопротивление база-эмиттер (re) уменьшается по мере того, как эмиттер (и база) ток увеличивается. К сожалению, емкость перехода база-эмиттер (Cie) также увеличивается, так что для любого заданного импеданса источника пропорция полезного входного тока увеличивается очень медленно. с увеличением тока эмиттера / коллектора, с наиболее слабым сигналом транзисторы, обеспечивающие наилучшие ВЧ характеристики при токах коллектора в диапазон 5-100 мА, где эффективная емкость база-эмиттер (вход) транзистора будет в пределах 10-100 пФ. Мало конструктора можно сделать, чтобы свести к минимуму влияние этой входной емкости на характеристики схемы за исключением того, что, поскольку продукт усиления / пропускной способности, задано альтернативное собственное имя t от T, остается довольно плоским в диапазоне значений тока коллектора, тогда как емкость база-эмиттер будет увеличиваться в этом диапазоне, как показано на фиг.21, разумно использовать усиление биполярного переходного транзистора. каскадов при самом низком токе коллектора, способном дать адекватное значение из f_T. В случае транзисторов с биполярным переходом, в частности разработан для использования на высоких частотах, будут предприняты усилия, чтобы сохранить области соединения и эти паразитные емкости чисто механическими происхождение, как можно ниже, а также чтобы области стыка были как можно более тонкими насколько это возможно для данного максимального напряжения коллектора, чтобы несущая время доставки низкое. Из-за низкого уровня импеданса цепи можно использовать с биполярным переходные транзисторы, и очень высокие значения взаимной проводимости, которые они предложения, эти устройства по-прежнему предпочтительны из-за низкого уровня шума, высокого усиления и широкого каскады усилителя ширины полосы, несмотря на практические трудности в схемотехнике дизайн. РИС.21 Влияние тока коллектора на f_t и входную емкость при малых сигнальные транзисторы. Продукт увеличения пропускной способности; Ток коллектора (мА) Ограничение входной полосы пропускания Так как проблемы уровня входного шума и возможных эффектов кросс-модуляции связаны с пропускной способностью — отсюда старая пословица, что «чем шире окно, тем больше грязи летит внутрь »- разумная политика в конструкции усилителя — ограничить пропускная способность до значения, которое не намного превышает необходимое для поставленной цели. Там, где усиление до НЧ не требуется, как, например, в в случае каскада предусилителя радиочастоты или ТВ-приемника, но где его нет хотел выбрать конкретную частоту для усиления на входе в усилитель — как это могло бы быть в случае радиоприемника, где фактический рабочая частота определяется только на этапе преобразователя частоты, позже в схеме — широко используемый подход заключается в использовании входного фильтра схема, которая сочетает в себе характеристики высоких и низких частот.В общем, это может просто состоять из пары низкочастотных фильтров LC и высокочастотных фильтров CL. схемы в каскаде, как показано на фиг. 22, но производительность такого простого расположение вряд ли будет адекватным. Рис. 22. Схема простого полосового LC / CL-фильтра. Тем не менее, таблицы проектирования для высокоэффективных многоэлементных НЧ и ВЧ и полосовые фильтры с полосой пропускания с плоской вершиной, совмещенные с крутыми границами полосы пропускания, обычно задаются в схемах ВЧ учебники (например, ARRL Handbook, 1989.п. 2.37-2.55), а работала Например, с использованием диодного переключения и охватом диапазона частот 3–30 МГц. в трех полосах, как показано на фиг. РИС.23 Типовой входной полосовой фильтр для приемника связи 3–30 МГц [Индуктивность в мкФ Емкость в пФ — если не указано иное] Пред. ——- Далее начало страницы Указатель статей На главную

ВЧ-усилитель

— 5 шагов по созданию ВЧ-усилителя

Если вы разрабатываете РЧ-усилитель, вам нужно знать, как выбрать идеальный РЧ-усилитель.

Учитывая, что это простая схема, вам не обязательно делать это самостоятельно.

Но хорошо знать конструкции, необходимые для разработки ВЧ-усилителя.

Надпись: PCB усилителя RF изолирована на белом фоне

В любой момент вы можете столкнуться с проблемой с компонентами, которая может помешать вашему проекту.

Если вы ищете подходящий усилитель, вот все функции, которые вам нужно знать.

Шаги проектирования

Этапы 1 — Определите 5 этапов проектирования ВЧ усилителя

• Схема согласования входа: линия полного сопротивления соединяется с усилителем с входом 50 Ом.
• Усилители одно или поэтапно: в зависимости от ваших требований. Обычно это относится к усилению схемы или к тому, что устройство требует одного или нескольких микрофонов.
• Сеть смещения: Система смещения подает на устройство напряжение или смещение.
• Сеть аксессуаров: Усилитель нуждается в нескольких функциях и методах, чтобы устройство оставалось стабильным.
• Схема согласования выходов: линия полного сопротивления соединяется с усилителем с выходом 50 Ом.

Шаги 2 — Выберите класс усилителя ВЧ в соответствии с приложением

• Класс A — точка q этого класса равна 0.5. Угол проводимости для того же самого составляет 360 градусов 2pi.
• Класс B — точка q этого класса равна нулю, поэтому, когда ток приближается к нулю, это точка смещения. Угол проводимости составляет 180 градусов или пи.
• Класс AB — точка q класса находится где-то выше 0 и ниже 0,5, поэтому угол проводимости курса находится между пи и 2 пи.
• Класс C — точка q этого устройства меньше 0, а угол проводимости находится между 0 и пи.

Этапы 3 — Процесс выбора усиления для ВЧ усилителя

Цель выбора усиления — когда амплитуда радиочастотного сигнала минимальна и не очень полезна где-либо в схеме.Он должен увеличиваться, чтобы повысить соотношение сигнал / шум, чтобы оно не ухудшалось при прохождении сообщения.

Основная задача усилителя усиления — улучшить качество сигнала за счет устранения лишних шумов. Они идеально подходят для обработки неглубоких сигналов от антенны.

Не все усилители RF будут иметь различное усиление; некоторые из них обеспечивают фиксированное значение усиления, которое регулируется внешним резистором. Последний тип ВЧ-усилителя известен как усилитель с регулируемым усилением.

Позволяет определять усиление в широком диапазоне. Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления также управляется внешним резистором, который может быть запрограммирован цифровым способом, или методом управления напряжением в аналоговом режиме.

Заголовок: Конструкция ВЧ-усилителя — Электронные компоненты

Этапы 4 — Дизайн буфера для поддержания сигнала

Иногда может измениться нагрузка схемы. Конструкция буфера гарантирует, что сигнал или схема не изменятся по амплитуде или структуре.Вторая цель разработчика буферов — добавить к курсу нагрузку, превышающую допустимую для схемы.

Если вам необходимо контролировать выходное сопротивление цепи, схема будет передавать сигнал входного сопротивления мощности в усилительный тракт.

Когда вы выбираете конструкцию буфера, наиболее важный фактор, который вам нужно искать, — это диапазон нагрузок, с которыми он может справиться, сохраняя при этом стабильный и чистый сигнал.

Этапы 5 — Конструкция драйвера для управления нагрузками с низким импедансом

Основное назначение драйвера при разработке ВЧ усилителя состоит в том, чтобы он мог устанавливать низкоомную нагрузку в диапазоне от 50 до 70 Ом.Поскольку они могут увеличивать мощность для возбуждения заряда, они также считаются усилителями мощности.

Некоторые драйверы обеспечивают усиление усиления по своей конструкции, тогда как другие сосредоточены на обеспечении фиксированного единичного усиления. Эти драйверы обычно устанавливаются внешне по отношению к кабелям и интерфейсам. Это означает, что они могут выдерживать небольшие замыкания на землю и силовые шины постоянного тока. Основным компонентом является рейтинг источника и поглотителя. Далее идет короткое замыкание и возможность неправильного подключения.

Надпись: Расчетная схема ВЧ усилителя

Пример твердотельного ВЧ усилителя

Твердотельный РЧ-усилитель имеет три каскада — промежуточный, входной и выходной. Секция, обеспечивающая подачу питания на устройство, должна регулировать соответствующий уровень напряжения. Радиатор устройства должен выдерживать выделяемое тепло и охлаждать его по мере необходимости.

Надпись: Схема электронной схемы усилителя ВЧ

Технические характеристики усилителя

RF

Чтобы спроектировать РЧ-усилитель, вам необходимо знать следующие технические характеристики.

Диапазон частот

Частотный диапазон должен подходить для любого устройства, чтобы его можно было использовать для всех типов приложений. Обычно диапазон частот составляет от 500 МГц до 5 ГГц.

Прирост

Коэффициент усиления измеряется в зависимости от того, как вы используете устройство, но общепринятое значение составляет от 10 до 20 дБ. У вас должен быть широкий диапазон частот для этого усиления. В идеале, любой усилитель, который имеет плоское увеличение около 100 МГц, ниже, чем около 0.2 дБ, подойдет.

Входное / выходное сопротивление

Как упоминалось ранее, здесь установлено значение 50 Ом как для входного, так и для выходного сопротивления.

Уровень шума

Чем выше частота устройства, тем выше шум. Это серьезно снизит производительность усилителя, поэтому коэффициент шума — важный аспект, который вам следует искать. Отношение сигнал / шум должно быть аналогично отношению сигнал / шум на входе усилителя и на выходе усилителя в дБ.В идеале у вас должно быть что-то в диапазоне 2 дБ, но все, что ниже 3 дБ, будет работать отлично.

Выходная мощность

Учитывайте максимально возможный уровень при работе с нагрузкой 50 Ом, когда напряжение питания находится в самой высокой точке. Выходная мощность измеряется в дБм и должна иметь идеальный диапазон от 12 до 28 дБмВт.

Точки пересечения третьего порядка и компрессии 1 дБ

Эти точки указывают на то, что усилитель, который вы используете для повышения мощности, эффективен.Большинство устройств будет использовать какую-либо схему широкополосной модуляции, включая приличную линейность. Это сохранит данные на оптимальном уровне и обеспечит наилучшее использование широкополосного доступа.

Твердотельная техника

Если вы используете устройства, работающие на очень высоких частотах, тогда усилители могут быть сделаны из кремния CMOS. Но обычно они построены из арсенида галлия или кремния-германия, и последний немного более надежен, чем предыдущий.Эти соединения очень эффективны, чем обычный кремний, когда вы работаете с очень высокими частотами.

Питание постоянного тока

Напряжение питания для большинства ВЧ-усилителей составляет от 1,8 до 6 В. Количество токовых каналов к устройству зависит от уровня подаваемого тока и типа генерируемой мощности, который колеблется от 20 до 100 мА.

Учитывая, что усилитель должен работать в режиме ожидания, текущий уровень не должен опускаться ниже определенного уровня, чтобы устройство продолжало работать.

Упаковка

Размер упаковки обычно крошечный и находится в пределах от 4 до 25 мм.

Температура

Допустимый диапазон от -40 ° C до + 105 ° C.

Усилитель с низким уровнем шума — Применение усилителя ВЧ

Назначение усилителя ВЧ определить непросто. У него несколько ролей. Он может работать как усилитель мощности, когда он передает усиление сигнала до того, как происходит передача, путем подключения к передающей антенне.Иногда его подключают после получения сигнала. Он известен как малошумящий усилитель. Он может получить сообщение, не увеличивая шума.

Надпись: электронный радиочастотный модуль

Заключение

При разработке ВЧ-усилителя технические характеристики в основном зависят от предполагаемого применения. Ваше устройство должно иметь правильное усиление и работать с правильной частотой, чтобы устройство работало на стабильном уровне.

Большинство ВЧ усилителей имеют указанные параметры в наличии. Для уникального дизайна некоторые настройки требуют большей прочности. Мол, если нужны сильные сигналы, то используйте усилитель с высоким TOIP.

В любом случае, РЧ-усилитель не является отдельным устройством, а относится к обширному набору аксессуаров. Он играет решающую роль в изменении сигнала, начиная с LNA и работая в качестве буфера, согласования сигнала и многого другого. Понимание всех параметров дает вам гибкость в дизайне, и мы надеемся, что этот пост помог вам сделать правильный выбор.

Полоса пропускания усилителя

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите факторы, влияющие на полосу пропускания в одноступенчатых усилителях с общим эмиттером.
• • Паразитная емкость и индуктивность в цепях и компонентах.
• • Произведение усиления полосы пропускания, частота среза f _T .
• Опишите основные методы управления пропускной способностью
• • в усилителях НЧ.
• в усилителях RF.

Контроль пропускной способности

Любой усилитель в идеале должен иметь полосу пропускания, подходящую для диапазона частот, который он предназначен для усиления, слишком узкая полоса пропускания приведет к потере некоторых частот сигнала, слишком широкая полоса пропускания приведет к появлению нежелательных сигналов в случае например, в усилителе звука они будут включать низкочастотный гул и, возможно, механический шум, а на высоких частотах — слышимое шипение.

Компоненты переменного тока в усилителе с общим эмиттером

Схема усилителя с общим эмиттером класса A, показанная на рис. 1.4.1, имеет компоненты смещения постоянного тока, описанные в модуле 1.3, с добавленными компонентами переменного тока (конденсаторы от C1 до C4), которые необходимы для использования с сигналом переменного тока, а также для достижения контроля над обоими. усиление и пропускная способность.

Рис. 1.4.1 Усилитель с общим эмиттером класса А.

Сигнал должен проходить через входные и выходные конденсаторы связи C1 и C2, когда он проходит от входа к выходу.Основная функция этих конденсаторов — обеспечить изоляцию постоянного тока от напряжений в предыдущих и последующих цепях. Однако, поскольку действие конденсаторов зависит от частоты, они также могут влиять на полосу пропускания усилителя.

C1 вместе с R1, R2 и входным сопротивлением транзистора образует фильтр верхних частот, а C1 обычно имеет довольно большое значение емкости, что делает угловую частоту фильтра очень низкой. Однако на частотах ниже этой точки коэффициент усиления усилителя будет уменьшен.

C2 будет действовать аналогичным образом с входным сопротивлением любой последующей цепи, также внося свой вклад в падение усиления на низких частотах.

Развязка эмиттера

Конденсатор развязки эмиттера C3, подключенный к резистору стабилизации эмиттера R ₄ , предназначен для предотвращения появления на эмиттере любого переменного сигнала, который в противном случае действовал бы как отрицательная обратная связь, серьезно снижая коэффициент усиления усилителя. Относительно большое значение C3 почти полностью удаляет любой переменный ток из эмиттера, но он будет иметь некоторое реактивное сопротивление на самых низких частотах и, таким образом, позволит некоторым очень низкочастотным сигналам появляться на эмиттере (при условии, что эти частоты не были удалены с помощью действие C1 и C2, как описано выше), и хотя C3 способствует более высокому усилению на большей части полосы пропускания, усиление на очень низких частотах не может быть улучшено.

Значения C ₁ , C ₂ и C ₃ поэтому выбраны так, чтобы обеспечить требуемое падение усиления на низкочастотном конце полосы пропускания.

Рис. 1.4.2 Емкость перехода.

Высокочастотные эффекты

На высоких частотах усиление усилителя имеет тенденцию до некоторой степени снижаться из-за наличия небольшого индуктивного сопротивления (которое увеличивается с увеличением частоты) в проводке и компонентах схемы, но в основном из-за паразитных емкостей.Это не обязательно распознаваемые компоненты конденсатора, но могут быть неизбежными емкостными эффектами внутри схемы и самих компонентов.

И КМОП, и биполярные транзисторы обладают емкостью на переходах. Как показано на рис. 1.4.2, переходы база-коллектор и база-эмиттер биполярного транзистора на самом деле образуют очень маленькие конденсаторы из-за (изолирующих) слоев обеднения по обе стороны от базы. На очень высоких частотах, обычно в сотнях МГц, эти крошечные «конденсаторы» будут формировать пути отрицательной обратной связи, подавая противофазные сигналы между коллектором и базой, а также синфазные сигналы через переход база-эмиттер.

Таким образом, каждый транзистор имеет ограничение на усиление по высокочастотному току, и это обычно указывается в технических данных транзисторов как частота среза f _T . Это частота, на которой усиление тока слабого сигнала h _fe падает до 1. Поскольку усиление начинает падать на 6 дБ на октаву (удвоение частоты) задолго до того, как достигается f _T , транзистор должен работать. на частотах значительно ниже f _T . Из-за взаимосвязи между частотой и усилением в транзисторах, f _T также обычно указывается как «произведение коэффициента усиления на полосу пропускания».

Паразитная емкость между плотно упакованной проводкой и компонентами может также снизить коэффициент усиления на высоких частотах, а также вызвать другие проблемы, такие как нестабильность и колебания, поэтому практический верхний предел работы усилителя зависит от ряда причин. Однако во многих практических схемах усилителей эти экстремально высокие пределы частоты не могут быть достигнуты; Нет смысла разрабатывать усилитель, который имел бы заметное усиление на частотах выше, чем самая высокая требуемая частота сигнала.Это означало бы, что в этой области усилитель будет усиливать в основном высокочастотный шум (например, шипение в случае аудиоусилителя.

Звуковые гармоники

Однако ограничение высокой частоты около 20 кГц (теоретический предел человеческого слуха) предполагает, что сигналы, которые должны быть усилены, являются чистыми синусоидальными волнами; На практике существует компромисс между полосой пропускания, достаточно широкой для обработки всех требуемых сигналов, и достаточно низким пределом высоких частот для ограничения нежелательного шума.

Большинство звуковых сигналов представляют собой сложные волны множества различных и постоянно меняющихся форм. Аудиосигналы — это сложные волны переменного тока, имеющие основные частоты в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, но также и множество высокочастотных гармоник. Чтобы сохранить исходную форму сигналов (т.е. не вносить искажений), важно, чтобы сохранились хотя бы некоторые из этих гармоник. Поэтому не рекомендуется резко обрезать высокие частоты на произвольных 20 кГц, а разрешить некоторое усиление явно неслышимых гармонических частот, что будет способствовать сложной форме слышимых волн, особенно там, где эти сигналы содержат внезапные изменения (быстрые переходные процессы), которые требуют наличия высокочастотных компонентов для сохранения формы волны.

Рис. 1.4.3 Формирование кривой звукового отклика.

Есть несколько способов гарантировать, что обрезание высоких частот происходит на соответствующей частоте, уменьшая шум и нестабильность, но сохраняя важные гармоники в аудиоусилителе. Одним из таких способов в многокаскадном усилителе является использование фильтра нижних частот в одном из каскадов усилителя. На рис. 1.4.1, например, C4 эффективно действует вместе с R3 как фильтр нижних частот (помните, что что касается сигналов переменного тока, верхний конец R3, подключенный к положительному источнику питания (+ Vcc), является в той же точке, что и земля), предотвращая усиление нежелательных высоких частот.Его действие заключается в ограничении усиления ВЧ, как показано на рис. 1.4.3.

Настроенные ВЧ усилители

В схемах, предназначенных для усиления радиочастотных (РЧ) сигналов, нагрузочный резистор заменяется либо параллельным резонансным контуром LC (рис. 1.4.4a), либо керамическим или кристаллическим фильтром той или иной формы. Конструкция этих фильтров или значения L и C таковы, что цепь нагрузки резонирует и фактически становится высоким сопротивлением в центре усиленной полосы частот. Это может дать кривую частотной характеристики с резким пиком в узкой полосе частот, называемой полосой пропускания, при этом частоты выше и ниже этой полосы отклоняются.

В современных конструкциях использование керамических фильтров и фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) позволяет создавать конструкции с довольно сложными кривыми частотной характеристики (рис. 1.4.4b), которые не требуют (как в случае LC-цепей) ручной настройки. Они обычно используются в таких системах, как сотовые телефоны, а также в аналоговых телевизионных приемниках, где звуковые и визуальные сигналы на разных частотах усиливаются в одном и том же усилителе с разной степенью. Отклик усилителя также разработан так, чтобы иметь низкое усиление на определенных частотах, чтобы отклонять сигналы других передач по соседним каналам.

Рис. 1.4.4 (a и b) Кривые отклика ВЧ-усилителя

Верх страницы Усилители RF

| Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы analog.com или определенных предлагаемых функций. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту.Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Целевые / профилирующие файлы cookie:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.