Високочастотні підсилювачі

 

16 квітня 2021р.

Предмет: Радіоелектроніка та основи телебачення.

Урок 40,41,42: Підсилювачі високої частоти (ПВЧ). Робота і характеристики типових схем вибірних ПВЧ. Підсилювачі постійного струму (ППС).

Високочастотні підсилювачі призначені для роботи в області високих і надвисоких частот, що зумовлює унікальність схемотехніки їх побудови та особливості використання.

Для цієї області частот характерно те, що будь провідник одночасно є індуктивністю, а паразитні ємнісні зв’язки виникають між будь-якими довколишніми елементами схеми.

Рис. 33.1. Цоколевка мікросхеми МАХ4012

Рис. 33.2. Схема високочастотного повторювача на мікросхемі МАХ4012

Мікросхеми МАХ4012, МАХ4016, МАХ4018, МАХ4020 фірми Maxim містять у своїх корпусах, відповідно, 1, 2, 3 і 4 однотипних високочастотних ОУ, см, наприклад, рис. 33.1 [33.1, 33.2]. Ці підсилювачі одночасно можна віднести до класу «Rail-to-Rail». Вони можуть працювати при живленні від однополярного джерела напруги 3,3-10 В або двополярного ± (1,65-5) В.

Верхня гранична частота підсилення на рівні -3 дБ складає для МАХ4012 200 МГц, для інших мікросхем цієї серії – 150 МГц. Коефіцієнт посилення ОУ в низькочастотної області може доходити до 60 дБ.

 Мікросхеми серії MSA-0186, MSA-0286, MSA-0486, MSA-0686, MSA-0786, MSA-0886 фірми Hewlett Packard призначені для використання в якості широкосмугових ВЧ підсилювачів. Так, наприклад, мікросхема ВЧ підсилювача MSA-0686 працює при напрузі живлення 3,5 В (2,8-4,2 В), рис. 33.10. Типовий коефіцієнт посиленняв смузі частот до 500 МГц 18,5 дБ при коефіцієнті шуму до 3 дБ. Гранична частота підсилення на рівні -3 ДБ 800 МГц. Мікросхема зберігає здатність посилювати сигнали (К_ус > 1) до частоти 6 ГГц. Вхідна / вихідна опір 50 Ом. Споживаний струм 50 мА, розсіює потужність до 200 мВт.

 

 Рис. 33.10. ВЧ підсилювачі на мікросхемах MSA-0686

Мікросхеми TSH690, TSH691 призначені для роботи в якості широкосмугового ВЧ підсилювача, що працює в смузі частот 40-1000 МГц. До складу мікросхеми входить двохкаскадний підсилювач, напруга живлення на кожен з каскадів і на ланцюга зміщення V_bias задається окремо і в межі може досягати 5,5 В, рис. 33.11.

Споживаний струм – 46 мА. Напруга в ланцюзі зміщення V_bjas визначає рівень вихідної потужності (коефіцієнт передачі) підсилювача

Ріс.33.11. Внутрішню будову і цоколевка мікросхем TSH690, TSH691

Рис. 33.12. Типова схема включення мікросхем TSH690, TSH691 як підсилювач у смузі частот 300- 7000 МГц

і може регулюватися в межах 0-5,5 (6,0) В. Коефіцієнт передачі мікросхеми TSH690 (TSH691) при напрузі зсуву V_bias= 2,7 В і опорі навантаження 50 Ом в смузі частот до 450 МГц становить 23 (43) дБ, до 900 (950) МГц – 17 (23) дБ.

Практична схема включення мікросхем TSH690, TSH691 наведена на рис. 33.12. Рекомендовані номінали елементів: С1 = С5 = 100- 1000 пФ; С2 = С4 = 1000 пФ; С3 = 0,01 мкФ; L1 150 нГн; L2 56 нГн для частот не більше 450 МГц і 10 нГн для частот до 900 МГц. Резистором R1 можна регулювати рівень вихідної потужності (можна використовувати для системи автоматичного регулювання вихідної потужності).

Широкосмуговий підсилювач INA50311 (рис. 33.14), вироблений фірмою Hewlett Packard, призначений для використання в апаратурі рухомого зв’язку, а також в побутової радіоелектронної апаратури, наприклад, в якості антенного підсилювача або підсилювача радіочастоти. Робочий діапазон підсилювача 50-2500 МГц. Напруга живлення – 5 В при споживаної струмі до 17 мА. Усереднений коефіцієнт посилення

10 дБ. Максимальна потужність сигналу, що підводиться до входу на частоті 900 МГц, не більше 10 мВт. Коефіцієнт шуму 3,4 дБ.

Типова схема включення мікросхеми ΙΝΑ50311 при живленні від стабілізатора напруги 78LO05 наведена на рис. 33.14.

Рис. 33.14. Схема широкосмугового підсилювача на мікросхемі INA50311

 Вибірні (резонансні) підсилювачі.

Ці підсилювачі найчастіше використовуються для виділення та підсилення радіочастотних сигналів. Це — суто вузькосмугові вибірні підсилювачі, основними параметрами яких є максимальний коефіцієнт підсилення , частота максимального

Рис. 5.11. Принципові схеми резонансних підсилювачів, побудованих на одиночному

(а) і зв'язаних (б) контурах, та їх еквівалентна схема (в)

---

підсилення , смуга пропускання  і вибірність, що визначається крутістю схилів АЧХ, або її коефіцієнтом прямокутності. В колі навантаження такого підсилювача є резонансний фільтр у вигляді коливального контуру чи системи коливальних контурів. Такий підсилювач називається підсилювачем із зосередженою селекцією (рис. 5.11).

Підсилювачі постійного струму.

Якщо миттєві значення сигналу змінюються дуже повільно, то нижня гранична частота смуги пропускання підсилювача має прямувати до нуля. З цією метою каскади підсилювачів з'єднують між собою без роздільних конденсаторів, а в допоміжних колах транзисторів блокувальні конденсатори не застосовують. Такі підсилювачі називають підсилювачами постійного струму. В них треба узгоджувати режими роботи всіх активних елементів в умовах деякої нестабільності характеристик транзисторів, зміни напруг та інших зовнішніх діянь. Наявність багатьох дестабілізуючих факторів спричинює дрейф робочої точки транзистора, до якого особливо чутливі вхідні каскади підсилювача. Це призводить до того, що через безпосередні зв'язки між каскадами навіть невелика зміна струму в першому каскаді суттєво зміщує РТ транзисторів у наступних каскадах підсилювача.

Найвагоміша складова дрейфу струму транзистора породжується залежністю його статичних характеристик від температури. Отже, однією з проблем побудови ППС є  

Рис. 5.19.Принципова схема диференціального ППС (а) та її еквіваленти при

диференціальному (б) і синфазному (в) сигналах 

компенсація температурного дрейфу РТ транзистора В першу чергу це стосується диференціальних підсилювачів, елементи яких виконано за загальною технологією на спільній напівпровідниковій пластині Крім компенсації завдяки єдиній структурі та чистоті вихідного матеріалу тут суттєве значення має схема побудови каскаду, яка, як це буде показано нижче, зменшує синфазні завади та дестабілізуючі фактори.

Диференціальним називають такий ППС, що підсилює різницю двох напруг (рис. 5.19, а). В ідеальному випадку схема повністю симетрична При малих вхідних сигналах транзистори працюють у лінійних режимах.

Завдання: самостійно відпрацювати матеріал підручника В.М.Сисоєв "Основи радіоелектроніки" ст.95-99, ст.104-108 та скласти конспект.

Контрольне завдання: розглянути і написати принципи будови, властивості та застосування резонансних підсилювачів.

Виконання контрольного завдання  відправляйте на електронну пошту : honor7valera@gmail.com