Нелинейные искажения в УВЧ

Амплитуда сигнала на входе УВЧ обычно невелики и редко превышают единицы милливольт. В этом случае рабочая точка не выходит за пределы линейного участка и образованием высших гармоник можно пренебречь. Учитывая только вторую гармонику, при синусоидально амплитудно-моделированном сигнале, коэффициент гармоник каскада резонансного усилителя определяется выражением

где - крутизна характеристики и ее вторая производная;

- коэффициент модуляции;

- амплитуда несущего сигнала на входе усилителя.

Из выражения видно, что коэффициент гармоник существенно зависит от отношения в рабочей точке. Выбирать рабочую точку следует в тех областях, где производные крутизны характеристик близки к нулю. Коэффициент гармоник пропорционален квадрату амплитуды немодулированного сигнала несущей. Задаваясь допустимой величиной и зная отношение в рабочей точке характеристики можно определить максимально допустимое значение амплитуды несущей.

Коэффициент усиления резонансного усилителя прямо пропорционален крутизне характеристики в рабочей точке. Поэтому, если крутизна изменяется под воздействием внешних факторов по какому-либо закону, по этому же закону изменяется коэффициент усиления.

Наиболее характерным искажением такого вида является вторичная модуляция, возникающая из-за недостаточно качественных фильтров общих источников цепей питания. В этом случае кроме постоянного напряжения питания появляются дополнительные переменные составляющие. Наиболее сильно явление вторичной модуляции, сказывается в первом каскаде приемника, ибо дальше оно усиливается последующими каскадами.

Вторичным видом помехи является перекрестная модуляция. Когда крутизна характеристики изменяется под действием сильной помехи, поступающей на вход каскада из-за недостаточной избирательности входной цепи.

Коэффициент перекрестных искажений определяется выражением

где - коэффициенты модуляции помехи и полезного сигнала;

- амплитуда несущей помехи.

Для уменьшения перекрестных искажений необходимо сохранять постоянство крутизны и повышать избирательность приемника.

УВЧ с общей сеткой (базой)

По мере роста частоты сигнала падает влияние активных внешних помех и возрастает удельный вес собственных шумов. Практически уже в ДМ диапазоне чувствительность приемника в основном определяется уровнем его собственных шумов. С учетом того, что шумы трехэлектродного, активного элемента (триода, транзистора) значительно ниже многоэлектродных приборов, то их и нецелесообразно применять.

Использование триода, включенного по схеме вместе с общим катодом (эмиттером) не эффективно из-за влияния достаточно большой проходной емкости, понижающей значение устойчивого коэффициента усиления. Включение триода по схеме с общей сеткой (базой) позволяет повысить коэффициент усиления при сравнительно низком уровне собственных шумов.

Входное сопротивление каскада с общей сеткой ,

поэтому в ламповых схемах при мА/В, без значительного увеличения входной проводимости каскада сопротивление , включенное непосредственно между катодом и корпусом не шунтируется емкостью . При этом имеет место отрицательная обратная связь, уменьшающая коэффициент усиления. Однако невелико ( сотня Ом) и снижение усиления незначительно.

входной, выходной контур каскада с общей базой.

– развязывающий фильтр по цепи питания.

определяют исходный режим и температурную стабилизацию коллекторного тока.

шунтирует , а заземляет базу по ВЧ и соединяет контур по переменному току с базой. Выбор величин элементов аналогичен со схемой с общим эммиттером.

Обратные связи в каскаде с общей сеткой (базой)

В ламповом каскаде усилителя с заземленной сеткой выход связан с входом через емкость анод катод . В зависимости от характера нагрузки связь может быть как положительной, так и отрицательной. В металлокерамических триодах, наиболее часто применяемых в этой схеме величина емкости значительно меньше . Кроме того, в схеме с заземленной сеткой служит экраном между анодом и катодом, что способствует также уменьшению емкости связи. В схеме с заземленной сеткой переменная составляющая тока протекает по цепям источника сигнала, включенным между катодом и сеткой, что приводит к образованию сильной отрицательной связи по току, что приведет к увеличению активной составляющей входной проводимости и устойчивости в работе. Правда при этом уменьшается коэффициент передачи и ухудшается избирательность входной цепи каскада. То же можно сказать и о каскаде с заземленной базой.

При сравнительной оценке рассмотренных схем усиления можно отметь что:

· В ламповых схемах при равенстве и каскад с общей сеткой обеспечивает большее устойчивое усиление.

· В ДМ диапазоне используются лампы с дисковыми выводами с малой емкостью (0,01 пф), что позволяет получить более устойчивый коэффициент усиления каскада с общей сеткой по сравнению с общим катодом на пентоде.

Однако при лампах с одинаковой крутизной и межэлектродными проводимостями каскад с общей сеткой обеспечивает меньший коэффициент усиления, чем с общим катодом.

По величине предельной частоты схема с общей сеткой предпочтительнее, так как обеспечивает устойчивое усиление на большей частоте.

По шумовым свойствам каскад с общей сеткой значительно лучше, чем пентодный каскад с общим катодом, так как шумовое сопротивление триода в 4-5 раз ниже у пентода с той же крутизной.

Аналогично каскад с общей базой имеет больший коэффициент устойчивого усиления и несколько меньший коэффициент шума.