Широкополосный усилитель напряжения высокой частоты

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоприемных устройствах различного назначения. Цель изобретения - повышение стабильности коэффициента усиления по напряжению при воздействии дестабилизирующих факторов. Цель достигается тем, что точка соединения резисторов смещения, включенных в эмиттерную цепь транзистора предварительного каскада усиления, подключена к отводу делителя напряжения, включенного между точкой соединения нагрузочного резистора транзистора каскада оконечного усиления с резистором фильтра нижних частот и общей шиной и выполненного на последовательно соединенных резисторе и диоде в проводящем направлении, благодаря чему осуществляется повышение не только температурной стабильности, но и стабильности при изменении напряжения питания. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного назначения. Известен ВЧ-усилитель с АРУ по патенту Японии N 53-39226, кл. Н 03 J 3/12, выполненный по двухкаскадной схеме на транзисторах с общим эмиттером и непосредственной связью между каскадами. Известен радиационно-стойкий видеоусилитель по патенту США N 3619799, кл. Н 03 G 3/30, содержащий последовательно соединенные каскады на составных транзистора по схеме с общим эмиттером и схему смещения. Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому широкополосному усилителю высокой частоты является широкополосный интегральный усилитель напряжения по авт. св. N 343355, кл. Н 03 F 1/30, содержащий каскады предварительного и оконечного усиления, а также цепи отрицательной обратной связи. При этом коллектор транзистора каскада усиления подключен одновременно через один из резисторов к шине положительного напряжения питания и через другой резистор, зашунтированный конденсатором коррекции, к базе этого же транзистора и к коллектору транзистора каскада предварительного усиления, нагруженного эмиттером на параллельную цепочку, одна ветвь которой выполнена из резистора смещения, а другая из последовательно соединенного резистора обратной связи и конденсатора, при этом коэффициент передачи усилителя по напряжению определяется отношением величин сопротивлений. Недостатком известного усилителя напряжения является относительно низкая стабильность коэффициента усиления по напряжению при воздействии дестабилизирующих факторов (интервал температур, изменение напряжения источника питания, изменение коэффициентов передачи транзисторов по току). Целью изобретения является повышение стабильности коэффициента усиления по напряжению при воздействии дестабилизирующих факторов: интервал температур, изменения питающего напряжения и коэффициентов передачи транзисторов по току в схеме с общим эмиттером. Указанная цель достигается тем, что в эмиттерную цепь транзистора каскада предварительного усиления предлагаемого широкополосного усилителя напряжения высокой частоты между резистором смещения и общей шиной введены последовательно соединенные дополнительный резистор смещения, зашунтированный конденсатором, и резистор отрицательной обратной связи по току, а между точкой соединения нагрузочного резистора с резистором фильтра нижних частот и общей шиной введен делитель напряжения, выполненный из последовательно соединенных резистора и диода в проводящем направлении, точка соединения которых подключена к точке соединения резистора смещения и дополнительного резистора смещения. На чертеже приведена электрическая принципиальная схема предлагаемого широкополосного усилителя напряжения высокой частоты. Широкополосный усилитель напряжения высокой частоты содержит каскад предварительного усиления на транзисторе 1 и каскад оконечного усиления на транзисторе 2. Транзисторы 1 и 2 включены по схеме с общим эмиттером. Транзистор 1 через резистор 3 цепи параллельной отрицательной обратной связи, нагрузочный резистор 4 и резистор 5 фильтра нижних частот подключены к шине положительного напряжения питания. К эмиттеру транзистора 1 подключены последовательно соединенные резисторы 6 и 7, зашунтированные конденсаторами 8 и 9, и резистор 10 отрицательной обратной связи по току. К точке соединения резисторов 6 и 7 подключены диод 11 в проводящем направлении и резистор 12, второй вывод которого соединен с резистором 5 фильтра нижних частот и конденсаторами 13 и 14. База транзистора 1 каскада предварительного усиления соединена с отводом базового делителя напряжения, выполненного на резисторах 15 и 16, а в цепи эмиттера транзистора 2 каскада оконечного усиления включен резистор 17, зашунтированный конденсаторами 18 и 19. Предлагаемый широкополосный усилитель напряжения высокой частоты работает следующим образом. Усиливаемый сигнал поступает на базу транзистора 1 каскада предварительного усиления. Усиленное напряжение высокой частоты с нагрузки каскада предварительного усиления, в качестве которой служит резистор 3, поступает на базу транзистора 2 каскада оконечного усиления. Коэффициент усиления каскада предварительного усиления определяется не только номинальным значением резистора 3, но и величиной сопротивления отрицательной обратной связи по току эмиттера транзистора 1, которая определяется параллельным соединением резистора 10 и дифференциальным сопротивлением диода 11. Выходное напряжение оконечного каскада, а следовательно, и всего усилителя снимается с нагрузки в виде резистора 4 в коллекторной цепи транзистора 2. Коэффициент усиления оконечного каскада определяется не только величиной резистора 4, но и глубиной отрицательной обратной связи по коллекторному напряжению через резистор 3. С целью подключения частотных искажений усиливаемых сигналов, прежде всего импульсов малой длительности, резистор 17 в эмиттерной цепи транзистора 2 зашунтирован конденсаторами 18 и 19. Стабилизация коэффициента усиления по напряжению при воздействии усиления по напряжению при воздействии дестабилизирующих факторов в предлагаемом широкополосном усилителе высокой частоты рассматривается исходя из следующих предпосылок: 1. Начальный ток через диод 11 выбирается (устанавливается) такой величины, чтобы при его изменении под воздействием дестабилизирующих факторов (температуры), рабочая точка на вольтамперной характеристике (ВАХ) диода всегда оставалась на ее экспоненциальном участке. 2. Режим предварительного каскада на транзисторе 1 по постоянному току достаточно хорошо стабилизирован, т.е. ток эмиттера транзистора 1 в интервале температур практически не изменяется. 3. Коэффициент усиления по напряжению каскада с ОЭ падает с повышением температуры и возрастает с ее понижением. 4. При постоянном прямом токе величина падения напряжения на диоде с ростом температуры уменьшается, т.е. при постоянном напряжении на диоде величина прямого тока через последний с ростом (падением) температуры увеличивается (уменьшается). Из ранее сказанного следует, что поскольку прямая ветвь ВАХ диода 11 смещается вправо при понижении температуры, ток через диод уменьшается, а его дифференциальное сопротивление диода 11 подключено параллельно резистору 10 отрицательной обратной связи резистор 7 в расчет не принимается, так как зашунтирован конденсатором 9), то эквивалентное сопротивление отрицательной обратной связи по току эмиттера транзистора 1 возрастает, а коэффициент усиления по напряжению падает. Поскольку без изменения глубины отрицательной обратной связи коэффициент усиления по напряжению с понижением температуры возрастает, то вследствие термокомпенсации происходит термостабилизация. При повышении температуры описанный ранее процесс происходит в обратном порядке и коэффициент усиления по напряжению падает (без изменения глубины отрицательной обратной связи по току), т.е. и в этом случае осуществляется термокомпенсация коэффициента усиления по напряжению. При изменении напряжения источника питания усилительных каскадов на транзисторах изменяются потенциалы на их базах и коллекторах. Определяющие коэффициент усиления по напряжению параметры h₂₁ и h₁₁транзисторов весьма чувствительны к изменению тока эмиттера, в то время как изменение напряжения на коллекторе не оказывает на эти параметры сколько-нибудь заметного влияния. В этой связи для поддержания неизменным тока эмиттера транзистора 1 каскада предварительного усиления необходимо обеспечить стабильность напряжения на его переходе эмиттер-база. Последнее достигается тем, что переход эмиттер-база транзистора 1 включен к диагональ моста, два плеча которого со стороны образованы резисторами 15 и 16, а со стороны эмиттера резистором 12 и диодом 11. Поэтому при увеличении (уменьшении) напряжения источника питания +Е увеличивается (уменьшается) напряжение на базе транзистора 1, одновременно увеличивается (уменьшается) напряжение на диоде 11, а следовательно и на эмиттере транзистора 1. В результате этого напряжение на переходе Э-Б транзистора 1 поддерживается практически постоянным, что и обеспечивает стабильность коэффициента усиления по напряжению предлагаемого устройства. Понижение коэффициента усиления по напряжению при уменьшении коэффициента передачи по току в схеме с общим эмиттером h₂₁ Э транзисторов 1 и 2, вызванное воздействием факторов ГОСТ В20.39.404-81, приводит к повышению сопротивления участка коллектор-эмиттер прежде всего транзистора 1, вследствие чего падает значение протекающего через него эмиттерного тока и увеличивается напряжение на фильтре нижних частот источника питания. В результате этого увеличивается напряжение на базе и на эмиттере транзистора 1, а следовательно, и на диоде 11. Поэтому ток через последний увеличивается, а его дифференциальное сопротивление падает. Следовательно, уменьшается и эквивалентное сопротивление цепи отрицательной обратной связи по току транзистора 1. Таким образом, понижение коэффициента усиления по напряжению предлагаемого широкополосного усилителя напряжения высокой частоты, вызванное уменьшением коэффициентов передачи по току в схеме с общим эмиттером h₂₁ Э транзисторов 1 и 2 компенсируется уменьшением глубины отрицательной обратной связи по току эмиттера. Изобретение осуществляется как на "двойке" транзисторов с комбинированной отрицательной обратной связью (первый каскад охвачен местной отрицательной обратной связью по току, второй отрицательной обратной связью по напряжению), так и на транзисторе по схеме с общим эмиттером и отрицательной обратной связью по току эмиттера. При этом следует отметить, что при использовании изобретения только для стабилизации коэффициента усиления в интервале температур резистор 12 в обоих случаях может отсутствовать. Таким образом, из ранее сказанного следует: 1. Режим по постоянному току предлагаемого широкополосного усилителя напряжения высокой частоты в интервале температур, изменении напряжения источника питания и коэффициентов передачи транзисторов по току в схеме с общим эмиттером остается практически постоянным, а следовательно неизменными остаются важнейшие технические характеристики устройства (коэффициент шума, форма АЧХ, динамический диапазон и т.д.). 2. Обеспечение режима широкополосного усилителя напряжения высокой частоты и регулировка режима термокомпенсирующего диода (установка начального значения его дифференциального сопротивления) осуществляются раздельно и независимо друг от друга. 3. В эмиттерной цепи транзистора каскада предварительного усиления отсутствуют конденсаторы, последовательно соединенные с термокомпенсирующим диодом, что исключает частотные искажения усиливаемых импульсов. 4. Стабилизация коэффициента усиления по напряжению предлагаемого широкополосного усилителя напряжения высокой частоты осуществляется изменением его параметров только по переменному току (изменением глубины отрицательной обратной связи по току эмиттера транзистора каскада предварительного усилителя). 5. Предлагаемый широкополосный усилитель напряжения высокой частоты в связи с отсутствием в схеме индуктивностей может быть также как и широкополосный интегральный усилитель, принятый за прототип, выполнен в интегральном исполнении.

Формула изобретения

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ, содержащий каскады предварительного и оконечного усиления, выполненные на соответствующих транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером, причем коллектор транзистора каскада оконечного усиления через последовательно соединенные нагрузочный резистор и резистор фильтра нижних частот подключен к шине положительного напряжения питания, а через резистор отрицательной обратной связи по напряжению - к базе этого транзистора и к коллектору транзистора каскада предварительного усиления, при этом в эмиттерных цепях обоих транзисторов включены соответствующие резисторы смещения, зашунтированные конденсаторами, база транзистора каскада предварительного усиления соединена с отводом базового делителя напряжения, включенного между общей шиной и точкой соединения нагрузочного резистора и резистора фильтра нижних частот, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности коэффициента усиления по напряжению при воздействии дестабилизирующих факторов, в эмиттерную цепь транзистора каскаде предварительного усиления между резистором смещения и общей шиной введены последовательно соединенные дополнительный резистор смещения, зашунтированный конденсатором, и резистор отрицательной обратной связи по току, а между точкой соединения нагрузочного резистора с резистором фильтра нижних частот и общей шиной введен делитель напряжения, выполненный на последовательно соединенных резисторе и диоде в проводящем направлении, точка соединения которых подключена к точке соединения резистора смещения и дополнительного резистора смещения.

РИСУНКИ

Рисунок 1