6.6 Схемы каскадов усилителей радиочастоты

Существуют пассивные и активные методы повышения устойчивости.

Пассивные методы сводятся к уменьшению фактического коэффициента усиления до величины, равной или меньшей устойчивой, чтобы выполнялось неравенство

.

Это можно сделать уменьшением коэффициентов включения контуров или уменьшением контуров.

Активные методы повышения устойчивости позволяют увеличить и, тем самым, реализовать потенциальные усилительные возможности лампы или транзистора. К этим методам относятся:

а) нейтрализация внутренней обратной связи внешней обратной связью;

б) каскадное соединение активных элементов.

Нейтрализация внутренней обратной связи внешней. Внутреннюю обратную связь активного элемента можно нейтрализовать с помощью специальных цепей. Если устранить ее влияние, то отпадает ограничение величины коэффициента усиления, налагаемое условием устойчивости и от усилителя можно получить максимально возможное усиление.

Известны различные схемы нейтрализации:

1. последовательная;

2. параллельная;

3. последовательно-параллельная;

4. параллельно-последовательная.

Рассмотрим нейтрализацию параллельного типа (типа ), получившую широкое распространение.

Схема нейтрализации параллельного типа представляет собой параллельное соединение двух четырехполюсников: активного элемента и нейтрализующего пассивного (рис.48).

Рисунок 48 – Нейтрализация параллельного типа

Найдем результирующий параметр двух параллельно соединенных четырехполюсников. По определению

.

Обратная связь отсутствует, если . Отсюда получаем условие нейтрализации .

Следовательно, цепь нейтрализации должна иметь схему, аналогичную цепи активного четырехполюсника. Напряжение обратной связи через цепи нейтрализации должно подаваться на вход усилителя в противофазе с тем, которое попадает на вход через цепь внутренней обратной связи. В практических схемах используют автотрансформаторный или трансформаторный фазоинвертор.

На рис.49 приведена схема усилителя с автотрансформаторным фазоинвертором и параллельной цепью нейтрализации .

Параллельная цепь может обеспечить точную нейтрализацию в полосе частот, в пределах которой и практически постоянны. У транзисторов и зависят от частоты, поэтому в диапазонных и широкополосных транзисторных усилителях нейтрализация не применяется.

В настоящее время нейтрализацию используют в узкополосных усилителях промежуточной частоты (УПЧ).

Возможна также последовательная цепь нейтрализации. Она обеспечивает точную нейтрализацию только на одной (обычно резонансной) частоте. Ее удобно использовать в тех случаях, когда не должно быть гальванической связи между выходной и входной цепями усилителя, поскольку одновременно играет роль разделительного конденсатора.

Рисунок 49 – Схема с параллельной цепью нейтрализации

Каскадное соединение активных элементов. Для повышения устойчивости усилителей используют каскадное соединение двух активных элементов, при котором выход одного активного элемента соединяется со входом второго непосредственно, без частотно-независимых цепей.

Влияние внутренней обратной связи при таком соединении уменьшается, так как эквивалентная проводимость обратной связи определяется обратной взаимной проводимостью двух усилительных приборов.

Возможны различные варианты соединения двух активных элементов. Большое распространение в ламповых усилителях получило соединение «общий катод–общая сетка» (ОК–ОС). Такое соединение получило название каскодная схема.

Каскодными называют транзисторные схемы, у которых отсутствуют частотно-независимые связи между каскадно включенными транзисторами.

Для анализа такое соединение удобно рассматривать как один каскад, у которого оба усилительных прибора замещаются некоторым эквивалентным активным четырехполюсником (рис.50).

Рисунок 50 – Каскадное соединение активных элементов

В настоящее время в усилителях на биполярных транзисторах наибольшее распространение получили схемы: «общий эмиттер–общий эмиттер» (ОЭ–ОЭ) и «общий эмиттер–общая база» (ОЭ–ОБ).

Схема ОЭ–ОЭ используется на частотах (например, в усилителях промежуточной частоты радиовещательных приемников).

Схема ОЭ–ОБ получила применение на более высоких частотах, в частности в диапазонных усилителях декаметрового и метрового диапазонов, в широкополосных усилителях.

На рис.51 приведена схема каскодного усилителя ОЭ–ОБ с последовательным питанием транзисторов.

Рисунок 51 – Каскадное соединение ОЭ–ОБ

Каскодные усилители имеют на несколько порядков меньшую проводимость обратной связи, что позволяет получить высокое устойчивое усиление без использования нейтрализации.