Cum funcționează un amplificator audio? Amplificatoare de radiofrecvență și frecvență intermediară Amplificator de radiofrecvență bazat pe tranzistoare bipolare

Consum de curent - 46 mA. Tensiunea de polarizare V bjas determină nivelul puterii de ieșire (câștig) al amplificatorului

Fig. 33.11. Structura internă și pinout ale microcircuitelor TSH690, TSH691

Orez. 33.12. Includerea tipică a microcircuitelor TSH690, TSH691 ca amplificator în banda de frecvență 300-7000 MHz

și poate fi ajustat între 0-5,5 (6,0) V. Coeficientul de transmisie al microcircuitului TSH690 (TSH691) la o tensiune de polarizare V polarizare = 2,7 V și o rezistență de sarcină de 50 Ohmi într-o bandă de frecvență de până la 450 MHz este 23 ( 43) dB, până la 900(950) MHz - 17(23) dB.

Includerea practică a microcircuitelor TSH690, TSH691 este prezentată în Fig. 33.12. Valori recomandate ale elementelor: C1=C5=100-1000 pF; C2=C4=1000 pF; C3=0,01 uF; L1 150 nH; L2 56 nH pentru frecvențe care nu depășesc 450 MHz și 10 nH pentru frecvențe de până la 900 MHz. Rezistorul R1 poate fi utilizat pentru a regla nivelul puterii de ieșire (poate fi utilizat pentru un sistem de control automat al puterii de ieșire).

Banda largă INA50311 (Fig. 33.13), produs de Hewlett Packard, este destinat utilizării în echipamentele de comunicații mobile, precum și în uz casnic. echipamente radio-electronice de exemplu ca amplificator de antenă sau amplificator de radiofrecvență. Raza de operare a amplificatorului este de 50-2500 MHz. Tensiune de alimentare - 5 V cu curent consumat până la 17 mA. Câștig mediu

Orez. 33.13. structura internă microcircuite ΙΝΑ50311

10 dB. Puterea maximă a semnalului furnizată la intrare la o frecvență de 900 MHz nu este mai mare de 10 mW. Cifra de zgomot 3,4 dB.

În Fig. 33.14.

Orez. 33.14. amplificator de bandă largă pe cipul INA50311

Shustov M. A., Circuiterie. 500 de dispozitive pe cipuri analogice. - Sankt Petersburg: Știință și tehnologie, 2013. -352 p.

Amplificatoarele de înaltă frecvență (UHF) sunt folosite pentru a crește sensibilitatea echipamentelor de recepție radio - radio, televizoare, transmițătoare radio. Amplasate între antena de recepție și intrarea receptorului de radio sau televiziune, astfel de circuite UHF măresc semnalul care vine de la antenă (amplificatoare de antenă).

Utilizarea unor astfel de amplificatoare face posibilă creșterea razei de recepție radio fiabilă în cazul stațiilor radio (dispozitive de recepție-transmitere - transceiver), fie să mărească raza de operare, fie, menținând aceeași rază, să reducă puterea de radiație; a emițătorului radio.

Figura 1 prezintă exemple de circuite UHF utilizate adesea pentru a crește sensibilitatea radio. Valorile elementelor utilizate depind de condiții specifice: de frecvențele (inferioare și superioare) domeniului radio, de antenă, de parametrii etapei ulterioare, de tensiunea de alimentare etc.

Figura 1 (a) arată circuit de bandă largă UHF conform circuitului emițător comun(OE). În funcție de tranzistorul utilizat, acest circuit poate fi aplicat cu succes până la frecvențe de sute de megaherți.

Este necesar să ne amintim că datele de referință pentru tranzistoare oferă parametrii de frecvență maximă. Se știe că atunci când se evaluează capacitățile de frecvență ale unui tranzistor pentru un generator, este suficient să se concentreze pe valoarea limită a frecvenței de funcționare, care ar trebui să fie de cel puțin două până la trei ori mai mică decât frecvența limită specificată în pașaport. Cu toate acestea, pentru un amplificator RF conectat conform circuitului OE, frecvența maximă a plăcii de identificare trebuie redusă cu cel puțin un ordin de mărime sau mai mult.

Fig.1. Exemple de circuite de amplificatoare simple de înaltă frecvență (UHF) care utilizează tranzistori.

Elemente radio pentru circuitul din Fig. 1 (a):

  • R1=51k (pentru tranzistoare cu siliciu), R2=470, R3=100, R4=30-100;
  • C1=10-20, C2= 10-50, C3= 10-20, C4=500-Zn;

Valorile condensatorului sunt date pentru frecvențele VHF. Condensatoare precum KLS, KM, KD etc.

Etapele tranzistoarelor, așa cum se știe, conectate într-un circuit emițător comun (CE), oferă un câștig relativ mare, dar proprietățile lor de frecvență sunt relativ scăzute.

Etapele de tranzistori conectate conform unui circuit de bază comună (CB) au un câștig mai mic decât circuitele de tranzistori cu OE, dar proprietățile lor de frecvență sunt mai bune. Acest lucru permite folosirea acelorași tranzistori ca în circuitele OE, dar la frecvențe mai mari.

Figura 1 (b) arată Circuit amplificator de înaltă frecvență de bandă largă (UHF) pe un tranzistor pornit conform unei scheme de bază comune. Circuitul LC este inclus în circuitul colectorului (sarcină). În funcție de tranzistorul utilizat, acest circuit poate fi aplicat cu succes până la frecvențe de sute de megaherți.

Elemente radio pentru circuitul din Fig. 1 (b):

  • R1=1k, R2=10k. R3=15k, R4=51 (pentru tensiunea de alimentare ZV-5V). R4=500-3 k (pentru tensiunea de alimentare 6V-15V);
  • C1=10-20, C2=10-20, C3=1n, C4=1n-3n;
  • T1 - tranzistoare RF cu siliciu sau germaniu, de exemplu. KT315. KT3102, KT368, KT325, GT311 etc.

Valorile condensatorului și ale circuitului sunt date pentru frecvențele VHF. Condensatoare precum KLS, KM, KD etc.

Bobina L1 conține 6-8 spire de sârmă PEV 0.51, miezuri de alamă de 8 mm lungime cu filet M3, 1/3 din spire sunt drenate.

Figura 1 (c) prezintă un alt circuit de bandă largă UHF pe un tranzistor, inclus conform unei scheme de bază comune. În circuitul colectorului este inclusă o bobină RF. În funcție de tranzistorul folosit, acest circuit poate fi aplicat cu succes până la frecvențe de sute de megaherți.

Radioelemente:

  • R1=1k, R2=33k, R3=20k, R4=2k (pentru tensiunea de alimentare 6V);
  • C1=1n, C2=1n, C3=10n, C4=10n-33n;
  • T1 - tranzistoare RF cu siliciu sau germaniu, de exemplu, KT315, KT3102, KT368, KT325, GT311 etc.

Valorile condensatoarelor și ale circuitului sunt date pentru frecvențele gamelor MF și HF. Pentru frecvențe mai mari, de exemplu, pentru gama VHF, valorile capacității ar trebui reduse. În acest caz, pot fi utilizate șocuri D01.

Condensatoare precum KLS, KM, KD etc.

Bobinele L1 sunt bobine; pentru gama CB acestea pot fi bobine pe inele 600NN-8-K7x4x2, 300 de spire de fir PEL 0.1.

Valoare de câștig mai mare poate fi obținut prin utilizarea circuite multitranzistoare. Ar putea fi diverse scheme, de exemplu, realizat pe baza unui amplificator cascode OK-OB pe tranzistoare de diferite structuri cu alimentare în serie. Una dintre variantele unei astfel de scheme UHF este prezentată în Fig. 1 (d).

Acest circuit UHF are un câștig semnificativ (de zeci sau chiar sute de ori), dar amplificatoarele cascode nu pot oferi un câștig semnificativ la frecvențe înalte. Astfel de scheme sunt utilizate de obicei la frecvențe din intervalele LW și SV. Cu toate acestea, cu utilizarea tranzistoarelor de ultra-înaltă frecvență și proiectarea atentă, astfel de circuite pot fi aplicate cu succes până la frecvențe de zeci de megaherți.

Radioelemente:

  • R1=33k, R2=33k, R3=39k, R4=1k, R5=91, R6=2,2k;
  • C1=10n, C2=100, C3=10n, C4=10n-33n. C5=10n;
  • T1 -GT311, KT315, KT3102, KT368, KT325 etc.
  • T2 -GT313, KT361, KT3107 etc.

Valorile condensatorului și ale circuitului sunt date pentru frecvențele din domeniul CB. Pentru frecvențe mai mari, cum ar fi banda HF, valorile capacității și inductanța buclei (numărul de spire) trebuie reduse corespunzător.

Condensatoare precum KLS, KM, KD etc. Bobina L1 - pentru gama CB contine 150 de spire de sarma PELSHO 0.1 pe rame de 7 mm, trimmere M600NN-3-SS2.8x12.

La configurarea circuitului din Fig. 1 (d), este necesar să selectați rezistențele R1, R3, astfel încât tensiunile dintre emițători și colectorii tranzistorilor să devină aceleași și să se ridice la 3V la o tensiune de alimentare a circuitului de 9 V.

Utilizarea tranzistorului UHF face posibilă amplificarea semnalelor radio. provenind de la antene, în benzile de televiziune - unde metrice și decimetrice. În acest caz, circuitele amplificatoare de antenă construite pe baza circuitului 1(a) sunt cel mai des utilizate.

Exemplu de circuit amplificator de antenă pentru gama de frecvente 150-210 MHz este prezentat în Fig. 2 (a).

Fig.2.2. Circuit amplificator de antenă MT.

Radioelemente:

  • R1=47k, R2=470, R3= 110, R4=47k, R5=470, R6= 110. R7=47k, R8=470, R9=110, R10=75;
  • C1=15, C2=1n, C3=15, C4=22, C5=15, C6=22, C7=15, C8=22;
  • T1, T2, TZ - 1T311(D,L), GT311D, GT341 sau similar.

Condensatoare precum KM, KD etc. Banda de frecvență a acestui amplificator de antenă poate fi extinsă în regiunea de frecvență joasă printr-o creștere corespunzătoare a capacităților incluse în circuit.

Elemente radio pentru opțiunea amplificator de antenă pentru intervalul 50-210 MHz:

  • R1=47k, R2=470, R3= 110, R4=47k, R5=470, R6= 110. R7=47k, R8=470. R9=110, R10=75;
  • C1=47, C2=1n, C3=47, C4=68, C5=47, C6=68, C7=47, C8=68;
  • T1, T2, TZ - GT311A, GT341 sau similar.

Condensatoare precum KM, KD etc. La repetarea acestui dispozitiv, trebuie îndeplinite toate cerințele. cerințe pentru instalarea structurilor HF: lungimi minime ale conductoarelor de legătură, ecranare etc.

Un amplificator de antenă conceput pentru a fi utilizat în domeniul semnalului de televiziune (și frecvențe mai mari) poate fi supraîncărcat cu semnale de la stații radio puternice CB, HF și VHF. Prin urmare, o bandă largă de frecvență poate să nu fie optimă deoarece acest lucru poate interfera cu funcționarea normală a amplificatorului. Acest lucru este valabil mai ales în regiunea inferioară a domeniului de funcționare a amplificatorului.

Pentru circuitul amplificatorului de antenă dat, acest lucru poate fi semnificativ, deoarece Panta declinului câștigului în partea inferioară a intervalului este relativ scăzută.

Puteți crește abruptul răspunsului amplitudine-frecvență (AFC) al acestui amplificator de antenă utilizând Filtru trece-înalt de ordinul 3. Pentru a face acest lucru, un circuit LC suplimentar poate fi utilizat la intrarea amplificatorului specificat.

Schema de conectare pentru un filtru trece-înalt LC suplimentar la amplificatorul de antenă este prezentată în Fig. 2(b).

Parametri suplimentari de filtru (indicativ):

  • C=5-10;
  • L - 3-5 ture PEV-2 0,6. diametru bobinaj 4 mm.

Este recomandabil să ajustați banda de frecvență și forma răspunsului în frecvență folosind corespunzătoare instrumente de măsură(generator de frecvență oscilante etc.). Forma răspunsului în frecvență poate fi ajustată prin modificarea valorilor condensatoarelor C, C1, schimbând pasul dintre spire L1 și numărul de spire.

Folosind soluțiile de circuit descrise și tranzistoarele moderne de înaltă frecvență (tranzistori de ultra-înaltă frecvență - tranzistoare cu microunde), puteți construi un amplificator de antenă pentru gama UHF Acest amplificator poate fi utilizat fie cu un receptor radio UHF, de exemplu a unui post de radio VHF sau împreună cu un televizor.

Figura 3 arată Circuit amplificator de antenă UHF.

Fig.3. Circuitul amplificatorului antenei UHF și schema de conectare.

Parametrii principali ai amplificatorului de gamă UHF:

  • Banda de frecventa 470-790 MHz,
  • Câștig - 30 dB,
  • Cifra de zgomot -3 dB,
  • Impedanță de intrare și ieșire - 75 Ohm,
  • Consum de curent - 12 mA.

Una dintre caracteristicile acestui circuit este alimentarea cu tensiune de alimentare a circuitului amplificatorului antenei prin cablul de ieșire, prin care semnalul de ieșire este furnizat de la amplificatorul de antenă la receptorul de semnal radio - un receptor radio VHF, de exemplu, un VHF receptor radio sau televizor.

Amplificatorul de antenă este format din două trepte de tranzistor conectate într-un circuit cu un emițător comun. Un filtru trece-înalt de ordinul 3 este prevăzut la intrarea amplificatorului antenei, limitând gama de frecvențe de operare de jos. Acest lucru crește imunitatea la zgomot a amplificatorului de antenă.

Radioelemente:

  • R1 = 150k, R2=1k, R3=75k, R4=680;
  • C1=3,3, C10=10, C3=100, C4=6800, C5=100;
  • T1, T2 - KT3101A-2, KT3115A-2, KT3132A-2.
  • Condensatoarele C1, C2 sunt de tip KD-1, restul sunt KM-5 sau K10-17v.
  • L1 - PEV-2 0,8 mm, 2,5 spire, diametru bobinaj 4 mm.
  • L2 - Choke RF, 25 µH.

Figura 3 (b) prezintă o diagramă de conectare a amplificatorului de antenă la mufa de antenă a receptorului TV (la selectorul UHF) și la o sursă de alimentare de la distanță de 12 V. În acest caz, așa cum se poate vedea din diagramă, puterea este furnizat circuitului prin cablul coaxial utilizat și pentru transmiterea unui semnal radio UHF amplificat de la un amplificator de antenă la un receptor - un radio VHF sau la un televizor.

Elemente de conectare radio, Fig. 3 (b):

  • C5=100;
  • L3 - Choke RF, 100 µH.

Instalarea se realizează pe fibră de sticlă cu două fețe SF-2 într-un mod articulat, lungimea conductorilor și zona plăcuțelor de contact sunt minime, este necesar să se asigure o ecranare atentă a dispozitivului.

Configurarea amplificatorului se reduce la setarea curenților de colector ai tranzistoarelor și sunt reglați folosind R1 și RЗ, T1 - 3,5 mA, T2 - 8 mA; forma răspunsului în frecvență poate fi ajustată selectând C2 în intervalul 3-10 pF și schimbând pasul între ture ale lui L1.

Literatură: Rudomedov E.A., Rudometov V.E - Electronică și pasiuni de spionaj-3.

Amplificator de radiofrecvență (RFA)

Un amplificator de radiofrecvență (RFA) este o cascadă care amplifică semnalele primite la frecvențele proprii, fără a modifica spectrul.

Funcțiile URCH:

Furnizarea de amplificare a semnalului prin putere sau tensiune

Asigurarea selectivității efective în frecvență a RPU

Asigurarea protecției circuitului antenei împotriva pătrunderii frecvenței oscilatorului local (în cazul pătrunderii frecvenței oscilatorului local în circuitul antenei, unitatea de control radio începe să funcționeze ca un transmițător de putere redusă și va interfera cu controlul radio situat în apropiere unități).

Plan de lucru pe etape

Selectarea unui circuit amplificator de radiofrecvență și justificarea acestuia

Calculul electric al parametrilor elementelor circuitului

Selectarea parametrilor de rezistență și capacitate

Determinarea valorii optime de tensiune a sursei de alimentare E folosind funcția Parameter Sweep

Determinarea modurilor elementelor circuitului prin DC folosind funcția DC Operating Point

Măsurarea răspunsului în frecvență al unui amplificator pe întreaga gamă de modificări ale capacității unui condensator variabil C folosind funcția Parameter Sweep

Analiza influenței temperaturii mediuîn intervalul de la -20 la +60 la răspunsul în frecvență al amplificatorului utilizând funcția Temperature Sweep

Analiza statistică a influenței toleranțelor de fabricație ale elementelor amplificatorului asupra răspunsului în frecvență folosind funcțiile Worst Case și Monte Carlo

Analiza stabilității amplificatorului folosind funcția Pole-Zero

Selectarea unui circuit amplificator RF

Ca amplificator RF, aleg un circuit cu cuplare autotransformator bazat pe tranzistori cu efect de câmp, deoarece un astfel de circuit are o impedanță de intrare mare și nu va avea un efect nedorit asupra circuitului de intrare și a antenei. Se va potrivi bine cu un circuit de intrare cuplat capacitiv. De asemenea, circuitul nu conține transformatoare

Circuitul RF cu cuplare autotransformator folosind tranzistoare cu efect de câmp este prezentat în Figura 2.2.1.

Figura 2.2.1 - Schema convertizorului de frecvență RF cu cuplare transformator folosind tranzistoare cu efect de câmp.

Calculul electric al parametrilor elementelor circuitului

Pentru circuitele RF cu cuplare cu autotransformator, trebuie îndeplinite următoarele relații:

unde Cf este în nF, fmin este în MHz și Rf este în kOhm. Rf este de obicei selectat în intervalul 0,2-3,0 kOhm.

Voi lua Rf = 2 kOhm. Prin urmare, acum pot calcula Cf:

Ca rezultat, am obținut: Cf = 320 pF, Rf = 2 kOhm

Selectarea parametrilor elementelor de rezistență și capacităților ținând cont de opțiunea sarcinii

Am luat 100 pF ca valoare a capacității variabile C. Această valoare corespunde unei frecvențe de rezonanță de 3,2 MHz, așa că va trebui să selectez elementele circuitului astfel încât răspunsul în frecvență maximă să fie la această frecvență.

Parametri selectați experimental:

L1a = 3,1 mH; L1b = 3,1 mH; R = 50 Ohm; Rn = 3 kOhm; C= 100 pF

Figura 2.2.2 arată răspunsul în frecvență al amplificatorului cu valorile selectate ale elementelor

Figura 2.2.2 - răspunsul în frecvență a amplificatorului (la C=100 pF)

circuitul de frecvență al receptorului

Determinarea valorii optime de tensiune a sursei de alimentare E folosind funcția Parameter Sweep

Rezultatele simulării sunt prezentate în Figura 2.2.3 și Tabelul 2.2.1.

Figura 2.2.3 - Modificarea parametrilor dispozitivului

Tabel 2.2.1 - Valorile tensiunii de alimentare

După ce am analizat familia de grafice, am văzut că creșterea tensiunii E cu mai mult de 20 V nu are sens (la această tensiune se află răspunsul în frecvență maximă al întregii familii), deoarece aceasta nu duce la o creștere suplimentară a răspunsului în frecvență maximă. Prin urmare, iau valoarea tensiunii sursei E egală cu 20 V.

Determinarea modurilor de funcționare DC ale elementelor de circuit folosind funcția DC Operating Point.

Rezultatul analizei circuitului folosind funcția DC Operation Point este prezentat în Tabelul 2.2.2. Acest tabel reflectă valorile tuturor curenților și tensiunilor diferitelor noduri ale circuitului RF. Valorile tensiunii au fost obținute în toate nodurile circuitului, cu inductanțe scurtate și condensatoare sparte.

Tabelul 2.2.2 - rezultatul analizei DC

Măsurarea răspunsului în frecvență al unui amplificator pe întreaga gamă de modificări ale capacității unui condensator variabil C folosind funcția Parameter Sweep

În cazul meu, valoarea capacității va varia de la 32 la 100 pF. În acest caz, frecvența de rezonanță a amplificatorului RF ar trebui să se schimbe în intervalul de funcționare de 3,2 - 7,5 MHz. Familia de răspuns în frecvență URCH la sensuri diferite capacitatea C este prezentată în Figura 2.2.4.

Figura 2.2.4 - Răspunsul în frecvență al amplificatorului la diferite valori ale capacității C

Analiza influenței temperaturii ambientale în intervalul de la -20 la +60 asupra răspunsului în frecvență al amplificatorului folosind funcția Temperature Sweep

Trebuie să văd cum schimbările de temperatură vor afecta răspunsul în frecvență al amplificatorului. Familia răspunsurilor în frecvență pentru diferite valori de temperatură este prezentată în Figura 2.2.5.

Figura 2.2.5 - Familie de răspuns în frecvență a amplificatorului la diferite temperaturi.

După cum se poate vedea din grafic, temperatura nu are practic niciun efect asupra răspunsului în frecvență al amplificatorului, astfel încât toate graficele se suprapun și nu pot fi distinse. Acest lucru sugerează că o schimbare a temperaturii nu va perturba funcționarea circuitului.

Analiza statistică a influenței toleranțelor de fabricație ale elementelor amplificatorului asupra răspunsului în frecvență folosind funcțiile Worst Case și Monte Carlo

Va trebui să iau în considerare modul în care toleranțele de fabricație ale elementelor vor afecta răspunsul în frecvență al amplificatorului. Figura 2.2.6 ilustrează modul în care răspunsul în frecvență se va schimba cu o toleranță a elementului de 4%. Fac asta folosind funcția Monte Carlo. Descrierea pasajului este prezentată în Tabelul 2.2.3.

Figura 2.2.6 - Analiza influenței toleranțelor elementului asupra răspunsului în frecvență al amplificatorului folosind funcția Monte Carlo

Tabelul 2.2.3 - descrierea analizei Monte Carlo

Analizând aceste date, putem concluziona că o toleranță a elementului de 4% este inacceptabilă și are un impact semnificativ asupra răspunsului în frecvență al amplificatorului.

Analiza circuitului folosind funcția Cel mai rău caz este prezentată în Figura 2.2.7, pasajul este descris în Tabelul 2.2.4.

Figura 2.2.7 - Analiza influenței toleranțelor elementului asupra răspunsului în frecvență al amplificatorului folosind funcția Cel mai rău caz.

Tabelul 2.2.4 - Descrierea trecerilor de analiză în cel mai rău caz

După analizarea graficelor, putem concluziona că o toleranță a elementului de 1% nu are practic niciun efect asupra răspunsului în frecvență al amplificatorului și a frecvenței sale de rezonanță. Prin urmare, o toleranță de 1% este acceptabilă pentru acest circuit.

Analiza stabilității amplificatorului folosind funcția Pole-Zero

Zerouri și poli functie de transfer sunt prezentate în tabelul 2.2.5. Din acest tabel este clar că zerourile și polii au o parte reală negativă, prin urmare, sistemul este stabil.

Tabelul 2.2.5 - rezultatul analizei zerourilor și polilor

Concluzii la capitolul:

Reglarea frecvenței este efectuată de un condensator variabil, același cu cel utilizat în circuitul de intrare. Controlul frecvenței RF rezultat îndeplinește toate cerințele necesare, caracteristicile sale nu depind de temperatura într-un interval dat și sunt aproape independente de tensiunea de alimentare, prin urmare, cerințele pentru sursa de alimentare nu sunt stricte. În plus, controlul frecvenței RF a fost testat pentru stabilitate și a fost evaluată influența toleranțelor elementului asupra răspunsului în frecvență al amplificatorului.


Frecvențele RF aperiodice cresc doar raportul semnal-zgomot și sensibilitatea receptorului. Ele sunt cel mai adesea utilizate în receptoarele cu tranzistori cu amplificare directă din gamele LW și SW; Ca o încărcătură de unități RF aperiodice, poate

Fig.9. Circuite ale treptelor aperiodice ale amplificatoarelor de radiofrecvență:

a) – rezistor; b) – transformator.

servește ca șoke, rezistor sau transformator. Cascada de rezistoare a amplificatorului RF (Fig. 9. a ) este ușor de implementat și configurat. În transformatoarele URCH (Fig. 9.b ) este mai ușor să potriviți ieșirea unei etape cu intrarea următoarei. În plus, cascada de transformatoare a amplificatorului RF poate fi ușor convertită într-o cascadă reflexă.

Amplificatoarele rezonante asigură amplificarea semnalului și măresc nu numai sensibilitatea reală, ci și selectivitatea în canalul oglindă. Amplificatoarele rezonante cu tranzistori din gamele DV, MV și KB sunt asamblate conform unui circuit cu OE (Fig. 10 ), iar în gama VHF - conform schemei cu OB.

Cascadele de amplificatoare RF pot conține unul sau două circuite rezonante. Un amplificator RF cu o singură buclă produce un câștig mai mic, dar este mai ușor de fabricat și configurat. Circuitele cuplate inductiv vă permit să variați cuplarea și să obțineți cel mai mare câștig sau cea mai bună selectivitate. Schimbând conexiunea în interval, puteți compensa oarecum neuniformitatea coeficientului de transmisie al circuitelor de intrare.

Amplificatoarele de radiofrecvență VHF sunt realizate folosind circuite în cascadă. Ei au cele mai bune caracteristici decât URCH convenționale.

În ceea ce privește câștigul, un amplificator cascode este echivalent cu un singur amplificator în cascadă cu conductivitatea de transmisie directă a primului tranzistor și sarcina celui de-al doilea. Circuitul cascode este utilizat în amplificatoarele cu unde metrice. Este avantajos să se implementeze prima etapă a circuitului pe un tranzistor cu efect de câmp, care are un nivel scăzut de zgomot și o conductivitate activă scăzută în acest caz, sistemul selectiv al receptorului conectat la intrarea amplificatorului cascode; mai puţin manevrat. În a doua etapă, se preferă un tranzistor de deriva, conectat conform circuitului cu DESPREși oferind cel mai mare câștig stabil.


Fig. 10. Etapă amplificator RF.

Cu acest design al circuitului cascode al amplificatorului, câștigul său stabil crește, nivelul de zgomot este redus semnificativ, iar selectivitatea căii semnalului radio al receptorului crește, ceea ce este avantajul lor. Avantaje similare sunt oferite de circuitele cascode (nivel scăzut de zgomot și câștig stabil ridicat) care utilizează tuburi electronice, de obicei triode, conectate conform catodului comun - circuit grid comun.

Principiul recepției superheterodine.
Detectarea și amplificarea semnalelor de joasă frecvență.

Ministerul Educației al Federației Ruse

Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova
(universitate de stat)

Departamentul de Inginerie Radio

Amplificator RF pe bipolar
tranzistor

Lucrări de laborator
Curs de inginerie radio

Moscova 2003

UDC 621.396.6

Amplificator de radiofrecvență cu tranzistor bipolar.
Lucrări de laborator la cursul Inginerie radio / Comp.
. – M.: MIPT, 2003. – 24 p.

© Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova

Universitatea de Stat), 2003

1. Introducere 4

2. Cascada pe un tranzistor bipolar cu OE 5

2.1. Scheme de circuit ale cascadei 5

2.2. Parametrii și caracteristicile cascadei 6

2.3. Selectarea parametrilor cascadă în multicanal
amplificator 11

3. Autoexcitarea URCH 13

4. Circuitul Cascode 15

4.1. Scheme de circuite 15

4.2. Parametrii și caracteristicile circuitului 16

5. Evaluarea experimentală a rezultatelor și intrărilor
impedanțele cascadei URCH 17

6. Sarcina 19

6.1. Circuite în studiu 19

6.2. Calculul cascadelor 20

6.3. Măsurători și cercetări 21

Referințe 23

1. Introducere

Amplificatoarele de radiofrecvență (RFA) sunt utilizate pe scară largă în diverse dispozitive. Cel mai adesea ele sunt utilizate ca blocuri de intrare ale receptoarelor radio pentru filtrarea în frecvență a semnalului util de interferență și creșterea amplitudinii acestuia. În astfel de cazuri, frecvența centrală a spectrului de semnal, de regulă, depășește semnificativ lățimea spectrului, iar apoi amplificatorul RF îndeplinește funcțiile unui filtru activ de trecere de bandă. Există un număr semnificativ de scheme de AMP similare care conțin număr diferit elemente de amplificare și circuite selective de frecvență. Amplificatorul RF poate conține o singură cascadă sau poate fi în mai multe etape.

URF este de obicei descris de următorii parametri și caracteristici:

– frecvența de rezonanță (centrală) a părții amplificate a spectrului tensiunii de intrare,

– câștig de rezonanță https://pandia.ru/text/78/219/images/image003_71.gif" width="23" height="23 src=">

– lățime de bandă https://pandia.ru/text/78/219/images/image005_58.gif" width="40" height="23">


– impedanța de intrare https://pandia.ru/text/78/219/images/image007_51.gif" width="81" height="21">

– impedanța de ieșire https://pandia.ru/text/78/219/images/image009_42.gif" width="97" height="21">

– caracteristici amplitudine-frecvență și fază-frecvență (AFC și PFC).

Scopul acestui lucru munca de laborator– studiați teoretic, calculați, asamblați pe o placă individuală și studiați experimental cele mai simple versiuni ale controlului frecvenței RF. Aceasta este o cascadă rezonantă pe un tranzistor bipolar conectat conform unui circuit emițător comun (CE), un circuit în cascadă pe două tranzistoare cu un circuit oscilator și un convertor de frecvență RF în două trepte format dintr-o conexiune în serie a cascadelor de mai sus.

2. Cascade pe un tranzistor bipolar cu OE

2.1. Scheme de circuit ale cascadei

În fig. 1a) prezintă fundamentalul schema electrica cascadă a unui amplificator rezonant pe un tranzistor bipolar cu un OE cu un circuit parțial pornit ca sarcină a colectorului și cu alimentare în serie a circuitului colector. În fig. 1b) prezintă o diagramă a unei cascade similare cu alimentare paralelă la circuitul colectorului.

https://pandia.ru/text/78/219/images/image012_34.gif" width="21" height="25"> în sursa de alimentare, iar componenta alternativă este direcționată peste sursă printr-un condensator. reduce feedback-ul nedorit între mai multe cascade de surse de alimentare RF, alimentate de la o singură sursă https://pandia.ru/text/78/219/images/image015_28.gif" width="20" height="24">v sursă de alimentare . Un inductor (o bobină cu inductanță mare), un rezistor sau o conexiune în serie a unui inductor și a unui rezistor sunt utilizate ca impedanță.

2.2. Parametrii și caracteristicile cascadei

Parametrii și caracteristicile oricărui dispozitiv radio care descriu proprietățile acestuia se găsesc de obicei prin compilarea și analiza circuitului echivalent al acestui dispozitiv. Pentru cascada RF folosim un circuit echivalent pentru curent alternativ, care conține modele ale sursei de semnal, UE și sarcină. Să ne imaginăm sursa de semnal ca un simplu generator de tensiune cu EMF și rezistență internă ..gif" width="125" height="24 src="> unde r– factor de comutare a circuitului, – rezistență echivalentă a circuitului, – dezacordarea generalizată a frecvenței, https://pandia.ru/text/78/219/images/image024_23.gif" width="17" height="13 src=">1 – factorul de calitate intrinsec al circuitului, – frecvența de rezonanță, – rezistența la pierderea circuitului conectată în serie cu inductanță.

Să descriem mai întâi proprietățile cascadei cu un tranzistor ideal, ai cărui parametri nu depind de frecvență și sunt egali cu: și https://pandia.ru/text/78/219/images/image033_15.gif" width=" 27" height="28 src =">.jpg" width="397" height="85 src=">

Pe baza analizei acestui circuit, este ușor de arătat că cascada în cauză are:

– frecvența de rezonanță https://pandia.ru/text/78/219/images/image037_13.gif" width="99" height="43"> (1)

unde este transconductanța tranzistorului,

– câștig de rezonanță https://pandia.ru/text/78/219/images/image044_11.gif" width="91" height="23 src=">

– impedanța de intrare

– impedanța de ieșire la stânga punctelor https://pandia.ru/text/78/219/images/image048_11.gif" width="73" height="23 src=">

– Răspunsul în frecvență și răspunsul de fază sunt specificate prin dependența modulului și a argumentului expresiei (1) de frecvență.


În același timp, pentru un tranzistor real, parametrii - depind de frecvență. ÎN această lucrare Să luăm în considerare doar așa-numita primă aproximare a acestei dependențe, valabilă pentru frecvențe care nu depășesc mai multe valori ale frecvenței limită superioară a amplificării curentului tranzistorului și având următoarea formă:

https://pandia.ru/text/78/219/images/image053_10.gif" width="156" height="45 src=">

https://pandia.ru/text/78/219/images/image055_10.gif" width="157" height="45 src=">

Aici – constanta de timp înainte https://pandia.ru/text/78/219/images/image058_8.gif" width="128" height="23"> – rezistența de volum a bazei, – constanta de timp a bazei inverse- Tranziția colectorului Aproximația corespunde unui circuit echivalent vizual în formă de U al tranzistorului (circuit Giacoletto), circuitul echivalent al cascadei ia forma prezentată în Fig.

În acest circuit, în domeniul de frecvență al utilizării controlului frecvenței RF, puteți ignora rezistența https://pandia.ru/text/78/219/images/image063_9.gif" width="32" height="23 src =">. Deci, pentru un tranzistor KT315 la o frecvență de 1 MHz, o capacitate de aproximativ trei picofaradi are o impedanță de 50 kOhm, iar valoarea este unități de Mohm..gif" width="49" height="23 „>

Ținând cont de cele de mai sus, rezultatele analizei circuitului prezentat în Fig. 3 se rezumă la următoarele.

Conductanța de ieșire a părții din cascadă situată în stânga liniei K – E, găsit, de exemplu, ca urmare a utilizării teoremei lui Norton, este egal cu

https://pandia.ru/text/78/219/images/image067_8.gif" width="181" height="47 src=">

În consecință, circuitul de ieșire al cascadei în acest caz este shuntat de rezistența de ieșire a rezistorului a tranzistorului și de capacitatea de ieșire, ale căror valori depind de parametrii tranzistorului, rezistența de ieșire a sursei de semnal și frecvența. .gif" width="25" height="23 src=">.gif" width ="43" height="21"> avem ordinul zecilor de kOhmi și ordinul mai multor , iar cu ordinul mai multor kOhmi obținem ordinea (fracțiilor-unități) kOhmi și https://pandia.ru/text/78/219/images/image063_9 .gif" width="32" height="23">.

Din circuitul echivalent în cascadă prezentat în Fig..gif" width="32" height="23">, este egal cu unde este impedanța circuitului de ieșire încărcat https://pandia.ru/text/78/219/ images/image080_5.gif " width="136" height="23 src=">.gif" width="29" height="23 src="> Înmulțind și împărțind expresia pentru cu o expresie complexă obținem Unde,

Rezultă că impedanța de intrare a cascadei dintre punctele B–E este stabilită de circuitul prezentat în Fig. 4a), unde https://pandia.ru/text/78/219/images/image090_6.gif" width="19" height="21 src="> este o conexiune paralelă a rezistențelor și https://pandia. ru/ text/78/219/images/image094.jpg" width="265" height="97">Fig. 4

Pentru tranzistoarele cu rezistențe foarte scăzute, elementele sunt practic rezistența rezistivă de intrare a întregii cascade În cazul unor valori mari sau în prezența unui rezistor suplimentar https://pandia.ru/text/78/219/. images/image100_5.gif" width="45 height=15" height="15"> parametrii în cascadă pot fi găsiți prin circuitul de recalculare corespunzător prezentat în Fig. 4a) în circuitul prezentat în Fig. 4b), conform formulelor

https://pandia.ru/text/78/219/images/image102_5.gif" width="184" height="43 src=">

Unde

(Rețineți că pentru frecvențe< относительная расстройка имеет знак минус и величина сопротивления https://pandia.ru/text/78/219/images/image010_42.gif" width="24 height=17" height="17">- circuitul oricărei trepte anterioare, impedanța de intrare a etapei următoare, frecvența de rezonanță și câștigul etajului șuntat, iar lățimea de bandă se extinde. În același timp, o cascadă proiectată corespunzător ar trebui să furnizeze valorile specificate ale întregului amplificator și câștigul maxim al fiecărei trepte https://pandia.ru/text/78/219/images/image108.jpg" lățime ="396" înălțime="166">

Pentru a asigura lățimea de bandă necesară a cascadei, factorul de calitate al circuitului încărcat trebuie să fie egal cu https://pandia.ru/text/78/219/images/image111_4.gif" width="61" height="23 src =">.gif" width ="20" height="23 src="> trebuie să îndeplinească condiția

https://pandia.ru/text/78/219/images/image114_3.gif" width="20" height="21"> și coeficienții de conectare la circuit din partea de ieșire a cascadei UE și de la intrare latura etapei a 2-a, respectiv .

Câștigul de rezonanță al cascadei de la intrarea sa la intrarea etapei a 2-a este egal cu

. (3)

Din expresiile (2) și (3) cu condiția, se găsesc valorile necesare (optime) ale coeficienților de conexiune

https://pandia.ru/text/78/219/images/image119_4.gif" width="101" height="28 src="> (4)

Unde

O cascadă cu acești coeficienți de conexiune este uneori numită potrivită optim. Valoarea câștigului rezonant maxim al cascadei potrivite se dovedește a fi egală cu

https://pandia.ru/text/78/219/images/image124_4.gif" width="133" height="43 src=">.gif" width="176" height="43 src=">. gif" width="103" height="24"> - capacitatea totală a circuitului, furnizând frecvența de rezonanță a cascadei, egală cu inductanța bobinei circuitului. Din aceste relații obținem următoarele formule de determinare a valorilor ​​de capacități și https://pandia.ru/text/78 /219/images/image133_3.gif" width="119" height="24">

3. Autoexcitarea URF

Autoexcitarea URF are loc atunci când există o tensiune pozitivă în el feedback. Există trei canale de astfel de comunicare. Una dintre ele este conectarea cascadelor printr-o sursă de alimentare comună. Pentru a reduce această conexiune, cascadele sunt „decuplate” folosind elemente de filtrare și https://pandia.ru/text/78/219/images/image138_3.gif". ="41" înălțime ="23 src=">

Să luăm în considerare condițiile în care autoexcitarea răspunsului în frecvență RF are loc tocmai datorită capacității numite. Ele au fost descoperite pentru prima dată de omul de știință rus Vladimir Ivanovici Siforov în epoca tehnologiei radio cu tuburi. a arătat că o singură cascadă a unui amplificator rezonant poate fi excitată numai dacă există o componentă inductivă în impedanța sa de intrare. O astfel de componentă apare, de exemplu, în prezența unei secunde circuit oscilator la intrarea cascadei. O situație similară apare într-un amplificator cu mai multe trepte, în care rolul circuitului de intrare al fiecărei etape, începând din a doua, este jucat de circuitul de ieșire al etapei precedente.

În fig. Figura 6 prezintă un circuit echivalent simplificat al unei cascade cu două circuite identice, care sunt reprezentate în ea de rețele cu două terminale cu impedanțe aceste circuite (ținând cont de manevra lor de către un tranzistor). UE este reprezentată de un generator de curent Capacitatea este capacitatea de trecere a cascadei.

Să rupem firul circuitului într-un punct și să aplicăm o tensiune de intrare armonică https://pandia.ru/text/78/219/images/image144_3.gif" width="15" height="15 src="> cascadei , care va provoca o tensiune de ieșire Sub influența sumei tensiunilor de intrare și de ieșire, un curent de feedback va circula prin capacitatea de trecere La câștiguri mari în cascadă, contribuția tensiunii de intrare poate fi neglijată și putem presupune că https://pandia.ru/. text/78/219/images/image148_2.gif" width= "29" height="21 src="> Dacă fazele inițiale ale tensiunilor se dovedesc a fi egale, iar amplitudinea tensiunii de cuplare depășește amplitudinea https: //pandia.ru/text/78/219/images/image150_2.gif" width="111" height="23">când avem și La această frecvență impedanțele ambelor circuite sunt inductive. Dacă la frecvența de rezonanță tensiunile și sunt în antifază (deplasarea este egală cu https://pandia.ru/text/78/219/images/image154_2.gif" width="17" height="21"> faza defazarea dintre tensiuni și este deja egală cu defazajul dintre vectori și este egală cu și deplasarea dintre vectori și este egală cu. Ca urmare, defazajul dintre tensiuni și se dovedește a fi zero, adică feedback-ul devine pur pozitiv Dacă a doua condiție (amplitudine) este satisfăcută, atunci cascada amplificatorului RF se transformă într-un punct inductiv cu trei faze https://pandia.ru/text/78/219/images/image160_2.gif. " width="21" height="24">

Pentru stabilitatea URF, este necesar ca amplitudinea tensiunii să fie mai mică decât amplitudinea tensiunii https://pandia.ru/text/78/219/images/image162_2.gif" width="85 height=25" height= "25"> (7)

Astfel, expresia (7) indică modalități de combatere a autoexcitației datorită prezenței unei capacități de trecere a UE. Acestea sunt restricțiile corespunzătoare privind cantitățile și

4. Circuit Cascode

4.1. Scheme de circuite

Circuitul cascode este proiectat pentru a crește rezistența amplificatorului la autoexcitare, ceea ce se realizează prin reducerea semnificativă a capacității sale de debit în comparație cu capacitatea minimă de debit realizabilă a unui UE separat. În Fig. 7.

4.2. Parametrii și caracteristicile circuitului

După cum se poate observa din aceste figuri, sarcina primului tranzistor, conectat conform unui circuit cu OE, în curent alternativ este impedanța de intrare a celui de-al doilea tranzistor, conectat conform unui circuit cu o bază comună (CB). Deoarece valoarea unei astfel de impedanțe este foarte mică în comparație cu impedanța de ieșire a primului tranzistor (atunci primul tranzistor al circuitului cascode funcționează practic în modul scurtcircuit la ieșire, iar al 2-lea tranzistor - în modul scurtcircuit viteza de mers în gol la intrarea sa. În plus, avem

Dacă acum considerăm ambii tranzistori ai circuitului cascode ca un singur UE, atunci, în condițiile specificate, parametrii săi sunt legați de parametrii similari ai primului și celui de-al doilea tranzistor prin următoarele relații

https://pandia.ru/text/78/219/images/image171_2.gif" width="32" height="23 src=">.gif" width="55" height="23 src=">

https://pandia.ru/text/78/219/images/image175_2.gif" width="96" height="23 src=">.gif" width="21" height="23"> circuit cascode, estimarea gradului de feedback prin capacitatea de trecere se dovedește a fi mult mai mică decât cea a unui singur tranzistor conectat într-un circuit cu un OE. Acest lucru face ca circuitul cascode să fie mai rezistent la autoexcitare.

În plus, datorită valorii mici, impedanța de intrare a circuitului cascode este egală cu primul tranzistor,
iar impedanța de ieșire este egală cu https://pandia.ru/text/78/219/images/image180_2.gif" width="37" height="21">.gif" width="19 height=21" height ="21 "> circuit descărcat. Calculul teoretic al acestor mărimi este greoi și inexact, așa că vom descrie metoda de evaluare experimentală a acestora.

Valori https://pandia.ru/text/78/219/images/image075_6.gif" width="33" height="21 src=">.gif" width="27" height="23 src= "> determinat de capacitatea totală a circuitului + CU P, unde CU P este capacitatea cunoscută a unui condensator suspendat preinstalat în circuit. Calculăm valoarea folosind formula

https://pandia.ru/text/78/219/images/image182_2.gif" width="72" height="43 src="> (8)

Unde .

Schimbarea capacitatii CU Ajustăm cascada la frecvența de rezonanță necesară și măsuram lățimea de bandă a acesteia. După aceasta, conectăm parțial ramura capacitivă a circuitului la colectorul tranzistorului, așa cum se arată în circuitul echivalent al acestei conexiuni. 8a). În acest caz, selectăm valorile condensatoarelor astfel încât, ținând cont de capacitatea cunoscută, frecvența de rezonanță a cascadei să fie egală cu https://pandia.ru/text/78/219/images/image186_2. gif" width="15" height="16">= ( 0,2–0,8). În modul de operare liniar al cascadei, măsurăm lățimea de bandă a acesteia, frecvența de rezonanță a primei etape fără conectarea celei de-a 2-a etape a fost egală cu Calculate valoarea

d) presupunând că pentru toate tranzistoarele h 21E = 100, găsiți curenții inițiali de bază eu bn = eu carte/ h 21E,

e) selectați curentul care circulă printr-un divizor de tensiune format din rezistențe R 1 și R 2, egal eu d = (50–100) eu bn, găsiți valori R 1 și R 2, ținând cont și de condiția ca potențialul de bază a tranzistorului VT3 față de sol ar trebui să fie egal cu ( U ken + 0,6 V),

e) găsiți cantitățile R p, R b1, R f, R b2.

6.2.2. Calcul AC:

a) luați două bobine cu inductanțe egale (40–60) μH din casa de marcat, măsurați inductațele lor la https://pandia.ru/text/78/219/images/image024_23.gif" width="17" height= "13 src="> L;

b) mirare valoare preliminară coeficientul parțial de conectare al primului circuit p= (0,25–0,33), determinat de raportul capacităților sale;

c) calculați valorile capacității ambelor circuite;

d) selectați capacitatea condensatorilor rămași ai circuitului de ordinul (0,01–1) μF, asigurând astfel micșorarea necesară a impedanței lor la frecvența de rezonanță.

6.3. Măsurători și cercetări

6.3.1. Studiul cascadelor individuale

Pe placa individuală a elevului, asamblați o cascadă pe un tranzistor cu un OE, conectând circuitul complet la tranzistor, conectând punctele 3 și 4 folosind un condensator de decuplare CU r. Asamblați un circuit cascode, lăsând intrarea lui (punctul 6) liberă. Măsură valori reale eu carte și U cunoașteți ambele cascade și verificați conformitatea acestora cu valorile specificate. Dacă este necesar, atingeți conformitatea cu o precizie de (10–25)% prin modificarea valorilor R b1, R b2, R 1 și R 2.

Prin conectarea unui generator de tensiune armonică de radiofrecvență cu o amplitudine de cel mult 20 mV la intrarea primei trepte (punctele 1 și 2) și a unui voltmetru la punctele 5 și 2, măsurați frecvența de rezonanță a acestei etape și verificați-i. respectarea valorii calculate https://pandia.ru /text/78/219/images/image018_26.gif" width="20" height="21 src="> privind răspunsul în frecvență și răspunsul de fază al cascadei pe o tranzistor cu OE.

6.3.2. Studiul controlului frecvenței RF în două etape

Folosind rezultatele măsurătorilor de la paragraful 6.3.1, materiale
2.3 și formulele (4)–(6), se calculează parametrii unei cascade potrivite pe un tranzistor cu un OE încărcat de un circuit cascode. În acest caz, setați lățimea de bandă necesară a primei etape egală cu lățimea de bandă a acesteia atunci când circuitul este complet pornit și în absența conexiunii la a doua etapă.

Asamblați amplificatorul în două trepte descris. Dacă există autoexcitare, luați măsuri pentru a elimina generația.

Pentru un amplificator stabil în două trepte în modul său de funcționare liniar, măsurați valorile câștigului rezonant și benzilor de trecere ale primei trepte și ale întregului amplificator în ansamblu.

Când vă pregătiți pentru test acasă și pregătiți raportul:

a) stăpânește derivarea formulelor de calcul (4), (8), (9)–(11),

b) comparați valorile obținute ale tuturor mărimilor măsurate cu cele așteptate teoretic.

Referințe

1. Bazele electronicii radio. – M.: Radio și comunicații, 1990.
2. , Dispozitive de recepție radio. Peste 2 ore - M.: Sov. radio, 1961–1963.

Lucrări de laborator