Главная Промышленная автоматика.

Последнее соотношение можно преобразовать, используя определение меры шума:

К=М+\, (13.42)

где мера шума

М={К,-\)1{\~\1К1). (13.43)

Мера шума является параметром, который может быть рассмотрен как показатель качества малошумящих усилителей. На практике сложно получить от усилителя минимально возможньп1 коэффициент шума. В этом случае можно воспользоваться определением меры шума. При проектировании многокаскадного усилителя, структурная схема которого показана на рис. 13.196, необходимо определить параметры межкаскадной согласующей цепи, оптимизирующие характеристики второго каскада. Проектирование широкополосного усилителя с учетом устойчивости является сложной проблемой, один из подходов решения которой пояснен на рис. 13.19в, Многокаскадный усилитель состоит из однокаскадных, каждый из которых оптимизирован по шумовым характеристикам.

Важным является рассмотрение устойчивости многокаскадного усилителя. Определение коэффициента устойчивости четырехполюсника в этом случае не позволяет оценить и обеспечить в полной мере устойчивость усилителя из-за влияния межкаскадных цепей согласования. Введение в согласующие цепи резисторов может решить эту задачу, но приведет к увеличению общего коэффициента шума. С учетом этого можно предложить следующий порядок расчета многокаскадных малошумящих усилителей:

1) расчет согласующей цепи Mi с целью обеспечения оптимальной величины Г);

2) расчет согласующей цепи на сопряженное согласование выхода транзистора;

3) каскадирование двух усилителей с проверкой устойчивости каждого каскада на всех частотах.

При необходимости расчета широкополосного усилителя такой подход не решает проблемы проектирования малошумящего усилителя. Одним из решений этой задачи является обеспечение требуемых шумовых характеристик на максимальной частоте и равномерности коэффициента усиления во всем диапазоне частот за счет межкаскадных и выходной согласующих цепей. В общем виде аналитическое решение для определения в этом случае величины Ti отсутствует. Поэтому можно только оценить увеличение коэффициента шума при его изменении, нанося на круговую диаграмму сопротивлений для нагрузок по входу окружность постоянного коэффициента шума радиусом /?щ с координатами центра /"щ:

/•ш=Г,/(1+7Уш). (13.44)

/?ш = -\/<+Аш(1-Г,), (13.45)

1 "".ш



>-

f, f,

f, f,

h2 1 b

Рис. 13.20. Структурные схемы широкополосных усилителей с согласующими цепями без потерь: а - на выходе; б - на входе; в ~ между каскадами

(13.46)

Наименьшее значение коэффищ1ента будет минимизировать отклонение коэффициента шума от его минимального значения А"щ

Если требуется обеспечить соответствие между коэффициентом усиления и коэффициентом шума, то становится важным определение зависимости коэффициента шума от режима по постоянному току. Обычно коэффициент шума возрастает от 1 до 2 дБ при увеличении тока стока /(. от 0,15 /(-нас Д° •с нас

Проектирование широкополосных усилителей [42-49]. Проектирование широкополосных усилителей с полосой частот в одну октаву и более требует оптимального подхода, позволяюшего достичь наибольшего коэффициента усиления на максимальной частоте с одновременным обеспечением равномерности коэффициента усиления во всем диапазоне частот (рис. 13.20). При этом возможны различные подходы, зависящие от применения усилителей.

Для малошумящего однокаскадного усилителя согласование по входу обеспечивает низкий коэффициент шума, а согласование по выходу - наибольший коэффициент усиления. Следовательно, для получения соответствующего рассогласования, необходимого для обеспечения равномерного коэффициента усиления в диапазоне частот, целесообразно выбрать согласующую цепь на выходе (рис. 13.20а). Отметим, что одновременное согласование по входу, выходу и получение равномерной усилительной характеристики невозможны без введения в цегш согласования дополнительных резистивных элементов (другим вариантом решения этой задачи является исполь-



Рис. 13.21. Широкополосное согласование сопротивлений

Согласующая

цепь без потерь

зование балансных усилителей, которые будут рассмотрены в следующем подразделе) .

При расчете широкополосных усилителей необходимо учитывать пределы широкополосного согласования сопротивлений, которые определены как ограничения Фано [50] и рассматриваются для данной области применения с учетом четырех различных случаев согласования сопротивле[шя с генератором (рис. 13.21):

/1п1/Гасо<7г/ (Л,О, о

Qi =coRiC, 71п1/Гс?со<7г/ (RiC),

in >exp[-7r/(/?iC(co2- w,))] =exp(-7r(22/(2i),

Q2 =C0/(W2 - CO,).

(13.47) (13.48) (13.49)

(13.50) (13.51)

Для узкополосных усилителей параметр Q2 велик, а минимальное значение модуля коэффициента отражения Г может быть очень малым. В случае широкополосных цепей Q2 имеет небольшое значение, и характеристики усилителя будут определяться величиной Qi. Наилучшее возможное согласование находится из соотношения (13.50), носящего название ограничения Фано. Другие три возможных случая относятся к иному виду нагрузок: параллельное соединение резистора и катушки индуктивности R, L , последовательное соединение резистора и конденсатора R, С, последовательное соединение резистора и катушки индуктивности R, L . Ограничения Фано можно использовать для всех этих случаев.

Поскольку транзистор имеет паразитную емкость, то при его широкополосном согласовании необходимо учитьшать именно этот паразитный элемент. Если одновременно согласовать вход и выход транзистора в широкой полосе частот, то коэффициент усиления усилителя будет уменьшаться с увеличением частоты со скоростью 6 дБ/окт, что объясняется предельными характеристиками собственно транзистора (см. рис. 13.17) .

В этом случае процедура проектирования широкополосного усилителя состоит в следующем:

1) с использованием известных 5-параметров транзистора определяется его эквивалентная схема;

2) формируются требования к согласующим цепям с учетом возможного применения усилителя (см. рис. 13.20) и ограничений по широкополосно-





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 [80] 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0039