Мощные высокочастотные транзисторы (стр. 29 )

Следующий параметр усилителя — минимальная входная мощность — определяется допустимым уров­нем шума и устойчивостью работы и в этой связи за­висит от схемы, режима работы и конструкции усили-теля. Влияние шума на чувствительность усилителя объ­ясняется следующим. Известно, что приводимая к входу усилителя мощность шума определяется по формуле Рш = = 4kTFшДf [57], где k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура; Fm — коэффициент шума;

Af - ширина полосы частот, в которой определяется

Рш. Но при заданном отношении сигнал/шум Кш на выходе усилителя мощность входного сигнала Рс не должна быть меньше, чем РШКШ. Отсюда следует, что минимально допустимое значение входного сигнала, характеризующее таким образом чувствительность уси­лителя, определяется как РСтш=4kTFщKшДf. При за­данных Кш и Af все входящие в это выражение вели­чины известны, за исключением FJI. С помощью обще­известных соотношений нетрудно показать, что в не­линейном усилителе, каким в общем случае является усилитель мощности, при достаточно большом коэффициенте усиления по мощности первого каскада

где Fш1 — коэффициент шума первого каскада; ут+1 — отношение коэффициентов усиления мощности шума к коэффициенту усиления мощности сигнала в (m+1)-м каскаде усилителя, содержащего п каскадов. В зави­симости от режима работы каскада это отношение оп­ределяется по формуле

входящие в эту формулу коэффициенты находятся по таблицам [58]. Например, для четырехкаскадного уси­лителя мощностью 50 Вт при Fm1 = 6, Y2=1,6, Yз=1,7, Y4=1,9 имеем Fш=31, что при Kш=120 дБ, Дf=20 кГц и 4kT = 1,62*10-20 Вт/Гц дает РШ=1*10-14 Вт и Pcmin=10 МВт, т. е. при оговоренных условиях мини­мально допустимое значение входного сигнала характе­ризуется напряжением около 1 В на сопротивлении 75 Ом. Заметим, что указанное определение чувстви­тельности справедливо, если на входе усилителя дей­ствует сигнал, в котором мощность шума, по крайней мере, на порядок ниже, чем приведенная к входу мощ­ность собственного шума усилителя Рш, так как иначе не будет получено приемлемое отношение сигнал/шум Kш. Если эта разница в величинах шума на входе не соблюдается, то для обеспечения требуемого значения Kш между источниками сигнала и усилителем должна быть установлена селективная цепь, приводящая к не­обходимому подавлению шума при заданной расстрой­ке от рабочей частоты.

Рис. 5.7. Схема усилителя с выходной мощностью 15 Вт для диапазона частот 2 — 30 МГц

Другим фактором, ограничивающим чувствитель­ность усилителя, является устойчивость. В этом вопро­се помимо схемных решений большая роль принадле­жит конструктивному выполнению блока, и выбор вход­ного напряжения зависит от соотношения входного сигнала и сигнала, полученного за счет паразитной об­ратной связи. Усилитель можно считать устойчивым, если разница в уровнях входного сигнала при нормальной его работе и при выключенном напряжении питания выход­ного каскада не превышает 10 %. Для примера ука­жем, что такая величина при входном напряжении 0,3 В на сопротивлении 75 Ом получается без усложнения с коэфициентом усиления не менее 19 дБ при напряжении питания 12 В. Схема этого модуля с габаритами не более 30X14X5 мм и массой не более 15 г приведена на рис. 5.5. На рис. 5.6 показана схема построенного на основе этого модуля усилителя диапазона 30 — 80 МГц с выходной мощностью не менее 1,5 Вт и КПД 35 — 40 %. Близкие характеристики (при других квадратурных де­лителе и сумматоре мощности) были получены и на более низких, и на более высоких участках диапазона 1,5 — 120 МГц.

Таблица 5.1

Параметр	Значение
Выходная мощность, Вт, не менее	15	80
Напряжение питания, В	12	27
Сопротивление нагрузки, Ом	50	50
Входное сопротивление (с КСВ<1,6), Ом	50	50
Входное напряжение, В, не менее	1	2
Уровень второй гармоники, дБ, не более	— 30	— 34
Уровень третьей гармоники, дБ, не более	— 18	— 18
Уровень комбинационных колебаний третьего порядка в пике огибающей двухтонового испытательного сигнала, дБ, не более	— 32	— 36
Уровень колебаний паразитной амплитудной модуляции по отношению к величине, вызвав­шей эти колебания помехи (на частоте 1000 Гц) в цепи питания, дБ, не более	— 20	— 20
Уровень интермодуляционных колебаний третьего порядка по отношению к величине, вызвавшей эти колебания помехи в цепи на­грузки, дБ, не более	— 15	— 16
Ток потребления при номинальной выходной мощности в режиме однотонового испытатель­ного сигнала, А, не более	3	8
Диапазон рабочих температур окружающей среды (при температуре корпуса транзисто­ров не более +110°С), град	— 50 + 50	— 50 + 50

Рис. 5.8. Схема усилителя с выходной мощностью 80 Вт для диапазона частот 2 — 30 МГц

Таблица 5.2

Обозначение	Конструкция сердечника трансформатора или дросселя, вид материала и типоразмер	Число витков в первичной f и вторич­ной II обмотках, марка провода, вид намотки, особенности кшструкцин
Т1 {см. рис. 5.7)	2 столбика из 6 то­роидальных сердеч­ников каждый, 1000НМ-ЗБ, К5ХЗХ XL,5	I — 3 витка проводом МПО-0,2; II — 1 виток трубчатой конст­рукции с отводом от середи­ны; I обмотка расположена внутри II
Т2 (см. рис. 5.7)	2 столбика из 6 то­роидальных сердеч­ников каждый, 1000НМ-ЗБ, К5ХЗХ X1, 5	I — 6 витков проводом МПО-0,2; II — 1 виток трубчатой конст­рукции с отводом от середи­ны; I обмотка расположена внутри II
ТЗ {см. рис. 5.7)	1 тороидальный сер­дечник, 400НН-4, К 12Х6Х4, 5	I, II — 6 витков из 12 скру­ченных проводов ПЭВ-0,14, разделенных на 2 группы по 6 проводов; III — 1 виток про­вода МГШВ-0,35 длиной 10см
Т4 {см. рис. 5.7)	1 тороидальный сер­дечник, 400НН-4, К20Х 12X6	I — 2 секции по 3,5 витка проводом МГТФЭ-0,14; II-5,5 витка проводом МГТФЭ-0,14
L3, L4 {см. рис. 5.7, рис. 5.8)	1 тороидальный сер­дечник, ЮООНМ-ЗБ, К 10X6X3	I — 5 витков провода ПЭВ-0,43
L5 {см. рис. 5.8)	2 тороидальных сер­дечника, 400НН-4, К 12X6X4, 5	I — 8 витков провода ПЭВ-0,43
Т1 {см. рис. 5.8)	2 столбика из 6 то­роидальных сердеч­ников каждый, ЮООНМ-ЗБ, К5Х ХЗХ1.5	1 — 2 витка проводом МПО-0,2; II — 1 виток трубчатой конст­рукции с отводом от середи­ны; I — обмотка расположе­на внутри II
Т2 {см. рис. 5.8)	2 столбика из 5 то­роидальных сердеч­ников каждый, ЮООНМ-ЗБ, К7Х Х4Х2	I — 2 витка по 2 провода МПО-0,2 с отводом от точки соединения конца 1 провода с началом 2; II — 1 виток труб­чатой конструкции с отводом от середины; I обмотка рас­положена внутри II

Окончание табл. 5.2

Обовначение	Конструкция сердечника трансформатора или дросселя, вид материала и типоразмер	Число витков в первичной I и втерич-ной II обмотках, марка провода, вид намотки, особенности конструкции
ТЗ (см. рис. 5.8)	1 тороидальный сер­дечник, 100НН-4, К 16X8X6	I — 6 витков из 16 скрученных проводов ПЭВ-0,31, разделен­ных на 2 группы по 8 прово--дов, с отводом от точки сое­динения конца 1 группы с на­чалом 2; II — 1 виток прово­да МГШВ-0,35 10 см
Т4 (см. рис. 5.8)	2 столбика из 7 то­роидальных сердеч­ников каждый, 400НН-4, К 16X8X6	I — 1 виток трубчатой конст­рукции с отводом от середи­ны; II — 2 витка из 10 прово­дов МПО-0,2, включенных па­раллельно; II обмотка распо­ложена внутри I

Ширина полосы частот при больших уровнях мощ­ности в значительной степени определяется межкаскад­ными согласующими цепями, в качестве которых ис­пользуются широкополосные трансформаторы специ­альной конструкции, а также цепями коррекции амплитудно-частотной характеристики и цепями обрат­ной связи. Так, на рис. 5.7 и 5.8 показаны схемы уси­лителей с выходной мощностью 15 и 80 Вт для радио­передатчиков мощностью 10 и 50 Вт, работающих в диапазоне 2 — 30 МГц. Их основные характеристики приведены в табл. 5.1, а данные используемых транс­форматоров и дросселей — в табл. 5.2. Особенности этих усилителей — относительно низкий уровень неже­лательных колебаний и сравнительно малая неравно­мерность амплитудно-частотной характеристики. Эти параметры, например, в усилителе на 80 Вт достига­ются применением частотно-зависимой отрицательной обратной связи в выходном каскаде (со вторичной об­мотки трансформатора ТЗ через резисторы R11 и R12 на базы транзисторов VT3 и VT4) и в предоконечном каскаде (с помощью резисторов R4 — R7), а также корректирующими цепями C2R2, C3R3 и R1L1C1.