Особенности построения транзисторных усилителей СВЧ. Практические схемы транзисторных усилителей

Рассмотри работу усилителя на примере простейшего каскада на одном транзисторе. Усилительным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими деталями, которые обеспечивают ему условия работы усилителя. Для воспроизведения колебаний ЗЧ усилитель должен быть минимум двухкадным. В усилителях, содержащих несколько каскадов, различают каскады предварительного усиления и выходные, или оконечные, каскады. Выходным называют последний каскад усилителя, работающий на наушники или динамик, а предварительными - все находящиеся перед ним каскады. Задача каскадов предварительного усиления заключается в том, чтобы увеличить напряжение звука до значения, необходимого для работы транзистора выходного каскада. От транзистора выходного каскада требуется повышение мощности колебаний звуковой частоты до уровня, необходимого для работы динамической головки.

Для выходных каскадов простых транзисторных усилителей часто используют маломощные транзисторы, такие же, что и в каскадах предварительного усиления. Объясняется это желанием делать усилители более экономичными, что особенно важно для переносных конструкций с питанием от батарей. Выходная мощность таких усилителей небольшая, но и ее бывает достаточно для работы наушников или маломощных головок. Если вопрос экономии энергии питания не имеет столь существенного значения, например при питании усилителей от сети 220В, в выходных каскадах используют мощные транзисторы. Каков принцип работы усилителя, состоящего из нескольких каскадов? В первом каскаде усилителя работает транзистор V1, во втором - транзистор V2. Здесь первый каскад является каскадом предварительного усиления, второй - выходным. Между ними - разделительный конденсатор. Принцип работы любого из каскадов этого усилителя одинаков и аналогичен знакомому вам принципу работы однокаскадного усилителя. Разница только в деталях: нагрузкой транзистора первого каскада служит резистор R2, а нагрузкой транзистора выходного каскада - наушники или головка громкоговорителя. Смещение на базу транзистора первого каскада подается через резистор R1, а на базу транзистора второго каскада - через резистор R3. Оба каскада питаются от общего источника Uи.п., которым может быть батарея гальванических элементов или выпрямитель. Режимы работы транзисторов устанавливают подбором резисторов R1 и R3, что обозначено на схеме звездочками.

Действие другого варианта усилителя заключается в следующем. Сигнал, поданный через конденсатор на вход первого каскада и усиленный транзистором V1, с нагрузочного резистора через разделительный конденсатор поступает на вход второго каскада. Здесь он усиливается транзистором и динамиком, включенным в коллекторную цепь транзистора, преобразуется в звук. Конденсатор С2 связывает каскады усилителя по переменному току. Он должен хорошо пропускать переменную составляющую усиливаемого сигнала и задерживать постоянную составляющую коллекторной цепи транзистора первого каскада.

Если вместе с переменной составляющей конденсатор будет проводить и постоянный ток, режим работы транзистора выходного каскада нарушится и звук станет искаженным или совсем пропадет. Конденсаторы, выполняющие такие функции, называют конденсаторами связи, переходными или разделительными. Входные и переходные конденсаторы должны хорошо пропускать всю полосу частот усиливаемого сигнала - от самых низких до самых высоких. Конденсатор связи оказывает переменному току емкостное сопротивление, которое будет тем меньшим, чем больше его емкость. И если оно окажется больше входного сопротивления транзистора, на нем будет падать часть напряжения переменного тока, большая, чем на входном сопротивлении транзистора, отчего будет проигрыш в усилении.

Ёмкостное сопротивление конденсатора связи должно быть по крайней мере в несколько раз меньше входного сопротивления транзистора. Поэтому - то на входе, а также для связи между транзисторными каскадами ставят конденсаторы больших емкостей. Здесь используют обычно малогабаритные электролитические конденсаторы с обязательным соблюдением полярности их включения. Это и есть наиболее характерные особенности элементов двухкаскадного транзисторного усилителя звуковых частот.

Усиление СВЧ колебаний обычным усилительным каскадом, включающим в себя отдельную резонансную систему и усилительный прибор возможно на частотах метрового и дециметрового диапазонов. На частотах сантиметрового диапазона часто используются усилительные элементы, работающие на новых принципах усиления. Обычные лампы и транзисторы не обеспечивают устойчивую работу в диапазоне СВЧ. В качестве элементной базы могут использоваться СВЧ транзисторы, диоды Ганна, лавинопролетные и туннельные диоды, варакторные диоды полупроводниковых параметрических усилителей, лампы бегущей волны, клистроны и некоторые другие. Основным источником помех в СВЧ диапазоне являются собственные шумы приемника. Поэтому к усилителям СВЧ предъявляются жесткие требования с точки зрения обеспечения малых собственных шумов. Наименьший уровень шумов имеют квантовые парамагнитные усилители. В схемах гетеродинов сантиметрового диапазона волн используются отражательные клистроны, малогабаритные и маломощные магнетроны, лампы обратной волны и другие электронные приборы. В смесителях приемников применяются СВЧ транзисторы и полупроводниковые диоды. Кроме общих требований к элементной базе и устройствам СВЧ аппаратуры предъявляется ряд специфических требований: · высокая точность изготовления элементов, обусловленная зависимостью электрических параметров устройств от их геометрических размеров; · применение металлов с высокой проводимостью и высокое качество обработки токонесущих поверхностей с целью получения минимальных активных потерь; · отсутствие на токонесущих поверхностях окислов и загрязнений, приводящих к росту диэлектрических потерь; Усилители и преобразователи СВЧ 163 Элементная база приемников СВЧ интенсивно развивается. Большие достижения в разработке малошумящих СВЧ транзисторов привели к возможности их широкого использования в сигнальном тракте приемника.