7. МНОГОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

По способу построения отдельных каскадов многокаскадные усилители можно разделить на три группы: однотактные, балансные и комбинированные. Преимущества однотактных — меньшие габаритные размеры, меньшее число транзисторов для получения того же усиления и отсутствие подбора пар транзисторов. Преимущества балансных [131] — более широкий динамический диапазон (балансный каскад увеличивает выходную линейную мощность на 3 дБ); высокая надежность; меньшая склонность к самовозбуждению, так как для выравнивания АЧХ в широкополосных транзисторных усилителях вводятся реактивные элементы, увеличивающие отражения на низких частотах, а в балансных каскадах отраженная мощность поглощается нагрузкой направленного ответвителя; балансные схемы можно одновременно согласовывать по минимальному коэффициенту

Таблица 9 (см. скан)

шума и по отсутствию отражений мощности; лучшая линейность фазовых характеристик. Чаще всего усилители выполняют из комбинации однотактных и балансных каскадов, причем выходные балансные каскады работают на более мощных транзисторах. Функциональная схема такого усилителя показана на рис. 5.11. Выходная мощность такого усилителя на 6 дБ больше усилителя на тех же транзисторах, но выполненных по однотактной схеме. Параметры МШУ приведены в табл. 9 [143].

Рис. 5.11. (см. скан) Функциональная схема многокаскадного усилителя: 1 — схема согласования; 2 — транзистор; 5 — трехдецибельный направленный ответ» витель; 4 — поглощающая нагрузка

Пример 12. Рассчитать усилитель на ПТ с рабочей полосой дБ. Выбираем транзистор [141] В данном случае ПТ можно рассматривать как однонаправленный, при этом эквивалентная схема его преобразуется в две -цепи: последовательную на входе и параллельную на выходе. Режим работы выбираем для минимума меры шума: . При этом коэффициент шума транзистора . Коэффициент шума всего усилителя без учета потерь в согласующих трансформаторах

Число каскадов усиления

-параметры для расчета транзистора определим из На средней частоте Приравняем Квых и разиормируем, умножив на См, т. е. для необходимо параллельное соединение сопротивления 192 Ом и емкости 0,16 пФ. На средней частоте Приравняем и разиормируем (параллельное соединение). Преобразуем его в последовательное соединение Ом и Ом. Рассчитаем входной трансформатор. Крайние частоты: Определим по формуле (5.3) полосу усилителя и декремент затухания:

Учитывая рабочую полосу частот, выбираем схему согласования с тремя резонаторами По рис. 5.5, в определяем элементы чебышевских согласующих цепей: Структуру трансформатора выбираем аналогичную той, которая показана на рис. 5.4, б.

Определяем параметры инверторов схем согласования по формулам для волнового сопротивления подводящей линии Ом:

(см. скан)

Для короткозамкнутого шлейфа с волновым сопротивлением 120 Ом

Для компенсации входной емкости на центральной частоте требуется величина индуктивности, определяемая следующим выражением:

Реальная индуктивность

Таким образом, индуктивность трансформатора: Рассчитаем индуктивность прямоугольника медного проводника, расположенного на диэлектрике поликор с толщиной 1 мм. Для выбираем отношение и по рис. 5.12, а определяем: . Следовательно, длина проводника мм, ширина проводника

Для

Емкость трансформатора выполним гребенчатого типа (рис. 5.12, б) [94]. Ширина линии мм, диэлектрик — поликор,

Задаемся шириной зазора между зубцами мм, а ширину зубца предварительно выбираем равной мм. Число ячеек гребенки Округляем Уточняем величину используя соотношение . Определяем длину зубца, см, [94]:

где в одинаковых единицах;

Рис. 5.12. Зависимость погонной индуктивности прямолинейного ленточного проводника от его размеров (а):

для гребенчатый конденсатор (б)

Вычисляем

Структура выходной цепи показана на рис. 5.7, а:

(см. скан)

Сопротивление трансформируется этим отрезком линии в Ом., которое согласуется с Ом с помощью четвертьволнового трансформатора с параметрами Ом. Активное сопротивление и волновое сопротивление найдем подбором по выражению (5.12) из расчета, что на а на рабочее затухание так как спад усиления на октаву для выбранного транзистора равен около 4,7 дБ. Таким образом, получено: Ом. Электрическая и топологическая схемы рассчитанного усилителя и его АЧХ показаны на рис. 5.13. Усилитель выполнен с использованием МПЛ на поликоровой диэлектрической подложке толщиной 1 мм и Размеры линий вычислены по формулам гл. 1 и сведены в табл. 10. Расчет выполнен для толщины напыленных проводников 10 мкм.

Пример 13. Рассчитать однокаскадиый транзисторный усилитель на копланар ной линии с коэффициентом передачи дБ на частоте МГц Используем транзистор 2N 3570 с параметрами . По формудам (5.2), (5.13) —

Рис. 5.13. (см. скан) Электрическая (а) и топологическая (б) схемы одного каскада транзисторного усилителя на полевом транзисторе и экспериментальные частотные зависимости коэффициента передачи по мощности и коэффициента шума трехкаскадного усилителя [141] (в)

Таблица 10 (см. скан)

Электрическая и топологическая схемы усилителя показаны на рис. 5.9. Чтобы длина короткозамкнутого шлейфа была не более выбираем знак в выражениях проводимости . Для частоты 750 МГц длина волны 40 см. Определим длины шлейфов в схеме:

Для -омная КЛ имеет следующие размеры: (см. гл. 1).

Коэффициент укорочения