Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Для этого решим уравнение гас(б,'= 0 относительно 6'„. Получим оптимальную проводимость источника сигнала (П ь6 ) 1+ к вк вк (3.71) гввт в вк (,' > ' Подставляя (3.71) в (3.70), находим минимальное значение коэффициента шума: Швкв = 1 е 2)1 (б„'. + б,„е б'„.„,). (3.72) Из (3.71), учитывая 6'„„„,= г>г,в,б„!л>, можно найти коэффициент трансформации, при котором коэффициент шума минимален: (3.73) гл.„, = тв б ,+П,„Б„+л>Б„ гггс 6„2>г гт„ где исогв и'ввт в рис.
злт — коэффициент трансформации, обеспечивающий согласование источника сигнала с АЭ. Зависимость коэффициента шума от коэффициента трансформации ш показана на рис. 3.17. Для наглядное~и на этом >ке рисунке приведена кривая изменений резонансного коэффициента передачи входного контура Кс от ш, Из рис. 3.17 и (3.73) видно, что минимум коэффициента шума получается при более сильной связи, чем необходимо для согласования (т„„„>гл,).
Это различие имеет место при малых собственных шумах УП, т.е. ко~да шумы обусловлены в основном источником сигнала и ВЦ, и объясняется быстрым ростом вносимого в резонансный контур сопротивления источника сигнала при увеличении и, в результате ГЛАВА З чего собственный тепловой шум контура уменьшается по сравнению с шумом источника. При больших шумах АЭ минимум коэффициента шума имеет место в режиме согласования (>л,„„. = и>,.). Режим согласования. Рассогласование на входе РПрУ может оказаться нежелательным при работе с настроенными антеннами из-за появления фидерного эха. Обычно при работе с настроенными антеннами стараются согласовать антенну с фидером, а фидер с входом приемника, что обеспечивает ремяим бегущей волны в фидере.
Условие согласования определяется соотношением (3.74) 0„'= 0',.-ь 0„. При этом коэффициенты >л и и определяются выражениями (2.33) и (2.34). Коэффициент шума в режиме согласования найдем подстановкой (3.74) в (3.70): Ш=2ч- . "' (>„,.— !)+4Л (О,.+О„,). (3.75) 0„.+О,„ В усилителях на ПТ (А,= 1, л = 1, 0,„«0„.) из (3.75) Ш= = 2+4Л 0„. Режим согласования на входе приемника является основным, тем более, что режим оптимального рассогласования редко дает ощутимое уменьшение коэффициента шума. В общем случае для его уменьшения АЭ следует выбирать с возмо>кно меньшим значением произведения Л 0„. Поэтому, например, ПТ в первых каскадах приемника предпочтительнее БТ.
3.9. МАЛОШУ>>1(ЯЩИЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ СВЧ В современных РПРУ к МШУ СВЧ предъявляется комплекс достаточно жестких и в известной мере противоречивых требований. Они должны обладать очень малым коэффициентом шума и высоким коэффициентом усиления, широким динамическим диапазоном, равномерной АЧХ и линейной ФЧХ в полосе частот, которая делается достаточно широкой, чтобы исключить необходимость перестройки усилителя.
В то же время МШУ должны быть пригодны для установки вблизи облучателя антенны. хорошо согласованы с антенно-фидерным трактом, просты в эксплуатации и обладать высокой надежностью. В настоящее время применительно к системам радиосвязи, радиовещания и телевидения в наибольшей мере этим требованиям удовлетворяют транзисторные МШУ. На частотах до 7 ГГц в таких усилителях широко используются БТ, на более высоких частотах. до миллиметрового диапазона включительно. — ПТШ.
обладающие лучшими шумовыми и усилительными показателями 13 — 9]. Усилители радиосигналов 97 Рис. Зла Для того чтобы транзистор СВЧ обеспечивал заданные электрические характеристики, он должен быть соответствующим образом нагружен, т.е. необходимы определенные значения сопротивлений генератора и нагрузки на его входных и выходных зажимах. Поскольку реальные входной и выходной СВЧ тракты имеют в режиме согласования волновыс сопротивления Рс (обычно Ре= 50 Ом), отличающиеся от нсобходимых значений, усилитель должен включать в себя согласующие цепи СЦ, и СЦн На рис. 3.!о показана простейшая структурная схема однокаскадного усилителя с такими цепями, на которой транзистор представлен четырехполюсником, описываемым системой малосигнальных 5спарамстров, а подводящие линии с волновым сопротивлением Ро полагаютсЯ согласованными с источником сигнала 1гг', =- Ре) и нагрузкой ()7н = Ре) усилителя.
Важнейшим условием нормальной работы транзисторного усилителя СВЧ является его устойчивость в смысле отсутствия самовозбуткдения. Всегда существующие в усилителе внутренние и внешние паразитные ОС приводят к тому, что на столь высоких частотах транзистор в значительной степени утрачивает свойства невзаимности и при определенных соотношениях значений У, и Ъ усилитель может самовозбудиться. Самовозбужденис возможно в случае, когда о'-параметры таковы, что активная составляющая входного и/или выходного сопротивления транзистора становится отрицательной, причем входное сопротивление зависит от его нагрузки, а выходное — от сопротивления источника сигнала, пересчитанного к его входным зажимам.
Отрицательному активному сопротивлению соответствует коэффициент отражения, модуль которого больше единицы, т.е. если отрицательной является активная составляющая входного сопротивления транзистора, то ~ 51~ ( > 1, а если выходного — то ( 5" ~ > 1. Усилитель считается безусловло (пгбствгголггго) услгойчлвым в заданном диапазоне частот, если он не возбуткдается в этом диапазоне при подключении к транзистору любых комплексных сопротивлений Ул Ъ с положительными активными составляющи- 98 гллвл з ми: ! Я ~ ! < 1 при ! Г.
! < 1 и ! Я ! < ! при ! Гг ! < 1. Если существуют значения сопротивлений 2„ ег, при которых усилитель способен самовозбудигься, он является потегн/ггально устой пгеы>и /уелотго ус>>го>) гивыяг, потенциольно неуепгойчгьзыяг/. Используя (2.29) и (2.32), можно показать, что для безусловной устойчивости усилителя необходимо выполнение следующих условий: ! Лг 5>г ! < 1 — ! 5гг Г; !,9г Ягг ! < 1 — ! 5>> ); (3.76) ! — !5п ! — !5м ! ь(Л!' 2!бг>Л> ! где /гг,, — коэффициент устойчивости, инвариантный в том смысле, что он не зависит от системы матричных параметров, в которой определяется. Для большинства СВс! транзисторов первые два условия !3.76) всегда выполняются, условие /г„„.,> ! означает, что возможно одновременное комплексно-сопряженное согласование на входе и выходе транзистора, при /г„., < 1 транзистор можно согласовать только с одной стороны, а случай /г„„= 1 является предельным, при котором еще возможно двустороннее согласование.
Если хотя бы одно из условий (3.76) не выполняешься, усилитель может возбу>кдаться. Для потенциально устойчивого усилителя важно определить области допустимых сопротивлений источника сигнала Я) и нагрузки (Ъ) на зажимах транзистора. при которых усилитель будет работать устойчиво. Если эти сопротивления выбраны правильно, то активные составляющие соответственно выходного и входного сопротивлений транзистора положительны и модули коэффициентов отражения от его выхода и входа меньше единицы.
Все возможные значения полных сопротивлений и соответствующие коэффициенты о~ражения, нормированные о~носительно р„могут быть представлены, как известгго, на круговой номограмме Вольперта — Смита. На этой номограмме можно найти области допустимых значений нагрузки Ъ. при которых активная составляющая входного сопротивления транзистора остается положительной, и области допустимых значений сопротивления источника сигнала е,г, при которых такому же условию удовлетворяет выходное сопротивление транзистора. Для этого используются соответственно неравенства /,'>'„! < 1, ! 5.'> ! < ! и выраже>гия 12.29), (2.32), причем в (2.29) можно принять ! Г, ! = О, а в !2.32) ! Г.
! = О, поскольку из физических сообра>кений очевидно, что значение и знак входного сопротивления четырехполюсника не зависят от сопротивления источника сигнала, а параметры его выходного сопротивления — отсо- Усилители радиосигналов !г 1=! Ьул>! А .„>1 р! !г,!=! Р,> гьл <! Рис. 3.19 противления нагрузки. При этих допущениях можно показать, что границами областей допустимых сопротивлений 2! и Ъ являются окружности, называемые окружностями устойчивости, координаты центров которых г„относительно центра круговой номограммы и радиусы р, определяются соотношениями г„= !5„— Л 5а)!2зь р,. = ~ 5!>5>!!>Э, ), где >э; = ~ 5„~ — ~ Л Г, для окружности устойчивости на номограмме нагрузок !'= 2, ! = 1, для окружности на номограмме сопротивлений источника сигнала ! = 1, !' = 2. На рис.
3.19 показаны возможные варианты располо>кения окру>кностей устойчивости на круговой номограмме нагрузок (то же относится, естественно, и к окружностям устойчивости на номограмме сопротивлений не~очипка сигнала). С наибольшими диаметрами изображены окружности номограммы Вольперта— Смита при ~ Г. ( = 1, центры которых соответствуют ( Г>) = О, т.е. режиму согласования, и всегда принадлежат области устойчивости. Область устойчивости 1в данном случае область допустимых сопротивлений нагрузки 7!) может находиться внутри или вне окружности устойчивости в зависимое~и от располо>кения этой окружности относительно центра круговой номограммы: если ~ гх„~ > р „т,е, окружность устойчивости не охватывает центр круговой номограммы, то область устойчивое~и находится вне этой ГЛАВА З окружности (рис, 3.19, а, в, д), в противном слу ше — внутри нее (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
