Главная Промышленная автоматика.

Вход


Jbixod

и >-/ \-o>-/ \-о Выход „ -y>-1 r-f

Делитель Делитель

5 aH нопродленный 3-ДБ ноправленный маш,ности U мощности

i aB ноородленный З-дБ ноораВленный мощности

атйетвитель атВетвитель

Рис. 13.22. Структурные схемы балансных усилителей

му согласованию из-за параметров эквивалентной схемы транзистора;

3) рассчитывается каждая согласующая цепь так, чтобы обеспечивалось требование к коэффициенту усиления всего усилителя;

4) подстраиваются согласующие элементы для обеспечения требуемой равномерности коэффициента усиления.

Известно несколько методов проектирования широкополосных усилителей [41 -48]. С практической точки зрения при построении цепей согласования можно рекомендовать использовать минимальное число реактивных элементов и не применять резистивные элементы. Кроме того, очень сложно реализовать в широкой полосе частот в одной согласующей цепи (например, межкаскадная согласующая цепь на рис. 13.20в) большие скорости изменения коэффициента передачи (например, 12 дБ/окт). Поэтому целесообразно предусмотреть частотные изменения коэффициента передачи во всех согласующих цепях. Заканчивается проектирование широкополосного усилителя проверкой обеспечения его устойчивости в целом и отдельных каскадов во всем диапазоне частот.

Практические вопросы проектирования балансных усилителей. В большинстве случаев усилители на GaAs ПТШ выполняются как балансные усилители, структурные схемы которых показаны на рис. 13.22. После проектирования, изготовления и отладки двух обычных усилителей У они располагаются между трехдецибельными направленными ответвителями (обычно мосты Ланге [52]). Это позволяет даже при рассогласованных входах и выходах усилителей получать балансный усилитель с согласованным входом и выходом, если характеристики отдельных каскадов одинаковые.

Другой подход к построению балансного усилителя связан с использованием делителей мощностей и двух фазосдвигающих цепочек (90°) (рис. 13.22). Такая схема просто реализуется, но обладает меньшей широкопо-лосностью в основном из-за фазосдвигающих цепей.

Балансные усилители имеют следующие достоинства.

1) увеличение предельной выходной мощности на 3 дБ;

2) допускают простое каскадирование с минимумом эффектов, связанных с межкаскадным рассогласованием;

3) высокую стабильность усиления;

4) минимальный объем работ по настройке усилителей. Им присущи и некоторые недостатки;

1) необходимость применения двух транзисторов вместо одного, что увеличивает стоимость усилителя; 242




Рис. 13.23. Характеристики каскадного соединения двух направленных ответвителей в диапазоне 1-10 ГГц

2) ограниченная широ-кополосность, что обусловлено предельным частотным диапазоном мостов Ланге (обычно около октавы) и фазосдвигаю-щих цепочек (90°);

3) потери мощности в направленных ответвителях (примерно 0,3 дБ).

В настоящее время достигнуты существенные успехи в разработке и изготовлении балансных СВЧ усилителей в интегральном исполнении. Это объясняется тем, что появились новые направленные ответвители, обладающие большей широкополосностью и позволяющие реализовывать усилители в диапазонах частот 2-8,4-12и6 - 18ГГц.

Другим важным практическим применением балансных усилителей является использование в качестве развязывающих устройств. Однако их относительно большие размеры и высокая стоимость сдерживают широкое распространение балансных усилителей для этих целей.

При необходимости получения максимальной широкополосности балансного усилителя в первую очередь требуется правильно спроектировать направленные ответвители, которые ограничивают полосу частот. Как показывают исследования каскадного соединения двух направленных ответвителей, результаты которых представлены на рис. 13.23, изменение переходного ослабления от 3 до 1 -2 дБ может привести к увеличению их широкополосности.

13.4.2. ГЕНЕРАТОРЫ [14-17,41]

Методы проектирования транзисторных генераторов и усилителей тесно связаны по двум причинам.

Во-первых, их объединяют тип используемого активного прибора (GaAs ПТШ), его режим по постоянному току, за исключением, конечно, отличий в схемотехнической реализации. Обычно при построении генераторов предпочтение отдают включению транзистора по схеме с общим затвором, а усилителей - с общим истоком, В этих случаях для обеих схем выбираются близкими уровень мощности и условия смещения по постоянному Току.

Во-вторых, при проектировании используются одни и те же S-параметры (принципы расчета поясняют структурные схемы усилителя и генераторов, показанные на рис. 13.24). При проектировашш усилителей определяются характеристики двух согласующих цепей Ml и (рис. 13.24а), обеспечивающих максимальный коэффициент усиления и минимальные коэффициенты отражения входа Г и выхода Tj. В случае



= 50 Ом

I-SOOm

Z=500m

T = oo

"вых

Критерий найквиста:

Актиднь/й двук-

попюсник

«

Согласующая цепь

гзоом

Рис. 13.24. Структурные схемы усилителя (а) и генераторов с активным четырехполюсником (б) и на двухполюсном активном элементе (в) на GaAs ПТШ

проектирования генераторов используется такое же представление транзистора в виде четырехполюсника (иногда с местной обратной связью). Рассчитывая согласующие цепи Л/, и Л/, добиваются требуемой мощности в нагрузке (обычно 50 Ом). Нагрузка поглощает примерно ту же мощность, что и в усилителе, а режим транзистора по постоянному току близок к режиму усилителя. Поэтому условия для нагрузок по выходу в усилителе и в генераторе практически совпадают.

Единственным препятствием использования 5-параметров при проектировании генераторов является тот факт, что генераторы по своей сути являются нелинейными устройствами. Однако на практике при расчете многих генераторов успешно применяются 5-параметры на малом сигнале [14 - 17], что позволяет правильно определять частоту генерации. При этом в определение 5-параметров на малом сигнале вносят некоторые изменения, улучшающие методику проектирования генераторов, оставляя представление активного прибора в виде четырехполюсника как основу этой методики.

Условием появления генерации в схеме является выполнение на выходе активного четырехполюсника в сечении В-В критерия Найквиста. Для этого к входу четырехполюсника, представляющего транзистор, подсоединяется согласующая цепь без потерь ЛГз и может бьпъ подключена цепь обратной связи без потерь. Выходом четырехполюсника является цепь сток-затвор (транзистор включен по схеме с общим затвором) или сток-исток (общий исток). В некоторых случаях (транзистор потенциально неустойчив) режим генерации может быть обеспечен за счет использования внутренней обратной

В оригинале утверждается, что в генераторе коэффициент отражения выхода должен быть равен нулю, что не соответствует действительности, хотя на рис. 13.24 правильно указьюается, что Tgj = «>. - Прим. перев.





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

0.0038