Teoria_SURRT

	VT1		VT2
			Э	К
	Б	К			R н
			Б

Rг

Э

Zвых

Eг

Zвх

Rэ

Rк

а

R

4

С2

R

9

R11

С7 Eп1=20 B

620

27 K

300

0,01

0,01

R2

R5

С5

С6

R12

С8

27 K

R =50 Ом

1 K

0,01

2 K

0,01

0,01

н

VT1

R8

VT3

С1

С3

100

2...8 пФ

0,01

С9

VT2

VT4

L 1

2...8 пФ

R1

R13

R6

0,1мкГн

50

10

10

C4

C10

R

R

R

R

3

7

10

14

0,01

0,01

=-20 B

13 К

2,4 К

13 K

1,2 K

E

п2

б

Рис. 4.14. УЭ 2–КС(Б)–R–R и широкополосный усилитель на его основе

Для построения широкополосных и высокочастотных ТВ усилителей часто используют УЭ 2 – ДКН(Б) – R – О (рис.4.15, а), соответствующий дифференциальному каскаду с несимметричным (однополюсным) выходом, свойства и параметры которого подробно рассмотрены в подразд. 3.7. Он является эффективным средством борьбы с эффектом Миллера, поэтому широко применяется в ТВ ИС в качестве однокаскадных усилителей высокой частоты, а так-

101

же в многокаскадных усилителях при переходе от симметричного выхода к несимметричному.

В дискретной и интегральной ТВ схемотехнике большое распространение получил УЭ 2 – ДК(Б) – R – О (рис.4.15, б), обладающий следующими положительными свойствами: нечувствительность к синфазной помехе; симметрия схемы и, как следствие, малый дрейф нуля и слабая зависимость параметров от температуры и производственного разброса элементов; отсутствие блокировочных емкостей в цепи эмиттеров и одновременно большое усиление дифференциального сигнала. По входу в большинстве случаев применяют симметричное включение, реже – несимметричное (например, во входном дифференциальном каскаде).

УЭ 3 – ДККС(Б) – R – О отличается от рассмотренного выше организацией каждого из плеч по каскодной схеме, вследствие чего существенно рас-

ширяются		частотные
свойства.	Остальные ха-						VT1
рактеристики		соответст-					Б	К		R н
вуют УЭ 2 – ДК(Б) – R –				Rг			Э		VT2	Rк
О.				Eг	Z	вх		Э	К	Zвых
									Б
УЭ 3 – ДКНКС(Б) –
R – О (рис.4.16, а) имеет
смысл применять исклю-									а)
чительно	при		симмет-
ричном входе. В случае
несимметричного			входа
(только вход Т VT1)
включение Т VT3 (если
нет других причин) лишь
ухудшает		частотные
свойства.	Интегральный
вариант	практической
реализации		широкопо-							б
лосного усилителя на ос-				Рис. 4.15. Эквивалентные схемы
нове УЭ 3 – ДКНКС(Б) –							УЭ 2–ДКН(Б)–R–О (а) и
							2–ДК(Б)–R–О (б)

102

R – О (рис. 4.16, б) обеспечивает верхнюю граничную частоту полосы пропускания 180 МГц и диапазон синфазной помехи 1 В [8].

4.2.Построение малосигнальных усилителей радиосигналов вещательного телевидения

Усилители радиосигналов вещательного ТВ (УРТВ) осуществляют совместное усиление радиосигналов изображения и звукового сопровождения, работают в диапазонах ОВЧ (метровом) и УВЧ (дециметровом). Они либо являются самостоятельными устройствами (антенные усилители, усилители – распределители систем кабельного ТВ, измерительные усилители), либо входят в состав других изделий ТВ техники, например, в качестве функционального элемента селекторов каналов.

Для выполнения возлагаемых на них задач УРТВ должны обладать сравнительно большим динамическим диапазоном, высокими чувствительностью и линейностью амплитудной характеристики, широкой полосой пропускания. С учетом сказанного они характеризуются следующими основными параметрами качества [9]: коэффициент F шума, дБ; ширина полосы пропускания, МГц, и (при необходимости) неравномерность АЧХ в ее пределах, дБ; входная интермодуляционная точка IPi3 3-го порядка, дБм; входная точка KPi компрессии, дБ. При этом отметим, что интермодуляция – возникновение нежелательных продуктов на выходе устройства при наличии на его входе двух или более воздействий, например, двух сигналов с частотами f1 и f2 . Причем частоты воздействий не совпадают с частотой основного сигнала. Интермодуляция 3-го порядка представляет комбинацию(2 f1 – f2) или (2 f2 – f1). Точка IPi3 соответствует точке на амплитудной характеристике абсолютно линейного усилителя, при подаче на вход которого одинаковых по уровню колебаний с частотами f1 и f2 образуются продукты интермодуляции третьего порядка, равные по амплитуде рабочему сигналу. Точка KPi соответствует точке на амплитудной характеристике реального усилителя, где отклонение от линейного закона составляет 1 дБ.

103

	VT1	Э	Э	VT2
	Б			Б

Rг	К К

Eг Zвх

VT3 Э

Б

К

Rк Zвых R н

а

R4

R6

Е =5 В

300

1,0 К

VT7

п1

С1

VT2

0,01

VT5

U

VT3

VT6

VD2

R8

СН

270

вх.д

VD2

5 пФ1

VT1

VT4

R1

R2

VD1

R7

470

4,3 K

4,3 K

R3

R5

Е = -5 В

180

360

п1

б

Рис. 4.16. УЭ 3–ДКНКС(Б)–R–О: эквивалентная схема (а) и усилитель на его основе (б)

104

УРТВ изготавливают конструктивно на дискретных элементах либо в виде тонкопленочных гибридных ИС. Тенденция их интегрализации является определяющей. Вместе с тем существуют задачи, где наилучшие результаты достигаются при использовании специально разработанных устройств на дискретных элементах, по совокупности параметров точно соответствующих специфическим требованиям и в этом смысле являющихся оптимальными. К таким устройствам относятся усилители с высокими требованиями одновременно к чувствительности, полосе пропускания, динамическому диапазону и линейности амплитудной характеристики.

При построении УРТВ применяют все рассмотренные выше УЭ I уровня и некоторые (в основном 2 – ОЭОЭ – R – R и 2 – КС(Б) – R – R) из УЭ II и III уровней сложности. Причем УЭ I уровня используют в усилителях ОВЧ и УВЧ диапазонов, УЭ 2 – ОЭОЭ – R – R – в ОВЧ диапазоне, а УЭ 2 – КС(Б) – R – R – в ОВЧ и нижней части (примерно до 500 МГц) УВЧ диапазонах. Конкретный тип УЭ зависит от предъявляемых требований. Так, при относительно небольших линейности и динамическом диапазоне можно применять УЭ без ОС, например, 1 – ОБ – LС – О, 1 – ОЗ – L – О и 1 – ОЗ – LС – О. Наоборот, при высоких требованиях к этим параметрам необходимо переходить к структурам с ОС. Причем, если дополнительно требуется большая чувствительность, то используют УЭ с нешумящими реактивными элементами в цепи ОС (1 – ОЭ – L – Х, 1 – ОБ – L – Х). В противном случае применяют более простые УЭ с ОС: 1 – ОЭ – L – R, 1 – ОЭ – R – R, 2 – ОЭОЭ – R – R, 2 – КС(Б) – R – R. УРТВ с полосой до 1 ГГц и очень низким уровнем шумов реализуют на ПТ с барьером Шоттки (на основе GaAs) [9]. Перспективным в настоящее время является использование в УВЧ и СВЧ диапазонах УЭ на основе ПТ с высокой подвижностью электронов [8].

Для построения УРТВ применяют малошумящие БПТ с относительно большим коллекторным током, относящиеся к категории дешевых СВЧ транзисторов. Критериями их выбора, кроме допустимых тока и мощности рассеяния, являются: предельная частота fТ (составляющая 1,5…4 ГГц); низкочастотное значение (измеряемое на частоте 1 кГц); постоянная Б rБ CК цепи ОС;

коэффициент F шума (во многих случаях коэффициент шума не задается в справочниках, тогда о шумовых свойствах судят по величине сопротивления rБ

105

базы: чем оно меньше, тем лучше). БПТ, имеющие параметры fТ 4 ГГц, = 50…80, позволяют реализовать усилители с верхней граничной частотой и шириной полосы пропускания порядка соответственно 1 ГГц и 10 октав. Эти усилители во всей полосе обладают почти одинаковыми входным и выходным сопротивлениями, поэтому идеально подходят для применения в низкоомных (50-омных) устройствах [9]. При выборе ПТ, кроме допустимых тока и мощности рассеяния, учитывают крутизну S, граничную частоту fS ( 2 S ) 1 кру-

тизны, коэффициент F шума и ток IC стока. Для использования в 50-омных устройствах в диапазоне частот до 500 МГц рекомендуются: ПТ 2N4856A, BF246A, P8002 и U310 при токах IC 25 мА; БПТ BFT66, BFR96(S), MRF904, MRF905 и им подобные при токах IК 60 мА [9]. Из отечественных БПТ для этих целей подходят следующие: ГТ329Б (n-p-n, fТ = 1680 МГц), ГТ341Б (n-p-n,

1980 МГц), КТ354Б (n-p-n, 1500 МГц), КТ355А (n-p-n, 1500 МГц), ГТ362А, Б (n-p-n, 2400 МГц), КТ363Б (p-n-p, 1500 МГц), КТ367А (n-p-n, 1500 МГц), КТ370Б (p-n-p, 1200 МГц), КТ371А (n-p-n, 3000 МГц), КТ372Б (n-p-n, 3000 МГц), КТ382А, Б (n-p-n, 1800 МГц), ГТ383В (n-p-n, 3600 МГц), КТ396А (n-p-n,

2100 МГц) и др. Для сравнения в табл.4.1 приведены значения параметров качества, обеспечиваемые различными УЭ.

Как отмечено выше, определяющей тенденцией является интегрализация УРТВ, которые выпускаются в виде тонкопленочных гибридных ИС, выполненных поверхностным монтажом, встроенных обычно в 4-штырьковый транзисторный корпус и имеющих 50-омное входное и выходное сопротивления. При этом индуктивности и резисторы реализованы по тонкопленочной технологии. В настоящее время производится большое количество интегральных усилителей, различающихся уровнем шума, мощностью и полосой пропускания.

Таблица 4.1 – Значения параметров качества для различных УЭ

	УЭ		Параметры качества
		F, дБ	KP, дБ	KU, дБ	IPi3, дБм	KPi, дБм
1	– ОБ – L – Х	1,7…3,6	4,5…9,5	–	16…39	–3…10
1	– ОЭ – L – Х	2,2…4,0	–	2,0…12,0	21…46	–7…12
1 – ОЭ – L – R		3,0…7,0	9,0…22,0	–	–5…17	–14…10
1 – ОЗ – L – О		1,2…1,4	1,0…16,0	–	0…18	–10…8

106

Например, усилитель типа UTO-514 фирмы Avantek (США) характеризуется следующими параметрами: K P = 15 дБ; F 2 дБ; f = 30…200 МГц; нерав-

номерность АЧХ в полосе пропускания не превышает 0,75 дБ; размещается в корпусе ТО-8. Серии UTO (Avantek) и А (Watkins – Johnson) модульных усилителей, каждая из которых состоит почти из сотни модулей, обладают высокими эксплуатационными характеристиками в полосе до 2 ГГц [8].

Модули (гибридные ИС) могут использоваться не только самостоятельно, но также в качестве каскада усиления одного общего супермодуля. При этом составляющие единое целое модули включают в полосковые линии на общей плате, например, типа “Евростандарт”. Фирмами выпускаются различные супермодули. Обычно они представляют металлические коробки 5 5 2,5 см с высокочастотными коаксиальными разъемами на входе и выходе. В качестве примера можно привести супермодуль фирмы Avantek UTС20-211 со следующими параметрами качества: KP = 26 дБ; F = 5 дБ; f = 10…2000 МГц.

При реализации усилителей с более широкой полосой пропускания (18 ГГц и более) используют ПТ на GaAs и с высокой подвижностью электронов [8].

УРТВ, работающие в сравнительно более узкой полосе частот, оптимизируют для уменьшения уровня шума. Например, приемник сигналов спутникового ТВ АМ-7724 фирмы Avantek имеет параметры: K P = 35 0,25 дБ; F = 1,8

дБ; f = 7,25…7,75 ГГц. Заказная сборка и настройка дополнительно улучшает характеристики устройств, что, в частности, позволяет снизить коэффициент шума до 0,7 дБ (0,15 дБ при температуре жидкого азота) в диапазоне 1…2 ГГц (эквивалентные шумовые температуры соответственно 50 и 10 K). При этом используются ПТ на GaAs. Новейшие разработки на Т с высокой подвижностью электронов обеспечивают на частоте 8,5 ГГц коэффициент шума, эквивалентный шумовой температуре 8 K. УРТВ диапазона ОВЧ в некоторых случаях для согласования с нагрузкой применяют простой либо составной эмиттерный повторитель [8, 9].

107

4.3.Построение усилителей промежуточной частоты изображения

извука

Согласно стандартам на системы черно-белого ТВ промежуточные частоты изображения fПЧ И и звука fПЧ З составляют [12]: D, K – fПЧ И = 38 МГц, fПЧ З = 31,5 МГц; M (США) – соответственно 45,75 и 41,25 МГц; M (Япония) – 58,75

, 54,25 МГц; B, G – 38,9 , 33,4 МГц; L – 32,7 , 39,2 МГц; K1 – 40,2 , 33,7 МГц.

Это означает, что усилители промежуточной частоты изображения (УПЧИ) работают (в зависимости от стандарта) в диапазоне примерно 30…60 МГц, т.е. в нижней части диапазона ОВЧ, а усилители второй промежуточной частоты звука (условно назовем их УПЧЗ) – на частотах 4,5…6,5 МГц (нижняя часть диапазона ВЧ). Отметим также, что в высококачественных телевизорах используется параллельный канал звукового сопровождения. В его состав входит усилитель первой промежуточной частоты звука, построение которого аналогично УПЧИ.

Для построения УПЧИ и УПЧЗ принципиально подходят все рассмотренные выше УЭ I, II и III иерархических уровней. Начиная с 70-х годов, их создают только на ИС, причем в большинстве случаев на УЭ 2 – ДК(Б) – R – О и 3 – ДККС(Б) – R – О, что обеспечивает: простоту реализации в интегральном исполнении; нечувствительность к синфазным помехам и наводкам; малый дрейф нуля; слабую зависимость параметров от температуры и производственного разброса элементов; отсутствие блокировочных емкостей в цепи эмиттеров и одновременно большое усиление дифференциального сигнала. УПЧИ и УПЧЗ выпускаются либо в виде отдельных ИС (относительно редко), либо входят в состав сложных процессоров обработки сигнала, включающих дополнительно видеодетектор, предварительный видеоусилитель (в случае УПЧИ), детектор звука, предварительный усилитель низкой частоты (в случае УПЧЗ) и другие блоки. Как правило, УПЧИ (УПЧЗ) сложных процессоров являются трехкаскадными. В первых вариантах процессоров они строились на базе УЭ 2

– ДК(Б) – R – О, развязанных буферными эмиттерными повторителями

(рис.4.17).

Каждый из трех усилительных каскадов (УК1, УК2, УК3) рассматриваемого УПЧИ построен по идентичным схемам. На входе включены симметрич-

108

ные эмиттерные повторители, нагруженные на УЭ 2 – ДК(Б)– R – О. Каскады соединены между собой так, что входной Uвх1 (Uвх2) и выходной Uвых1 (Uвых2) сигналы являются синфазными. К выходам узла УК3 подсоединены буферные эмиттерные повторители на составных Т VT7, VT8 и VT9, VT10. Смещение на базы Т VT1 и VT2 каскада УК1 подается с выхода по цепи отрицательной ОС. Дифференциальный каскад на Т VT5 и VT6 образует параллельный канал усиления. Для повышения стабильности работы на высоких частотах базы Т VT5 и VT6, являющиеся внешними выводами ИС, соединяют емкостью порядка 470 пФ. Функциональные узлы УК1 и УК2 – регулируемые по цепи автоматической регулировки усиления (АРУ): под действием сигнала АРУ изменяются токи регулируемых генераторов I1 и I2 и, как следствие, дифференциальные сопротивления диодов VD1…VD4. Выбором величин сопротивлений R6 и R7 устанавливаются необходимые напряжения UКБ коллектор – база Т VT3 и VT4 каскадов УК1…УК3. Напряжения на коллекторах этих Т постепенно повышаются от УК1 к УК3. Примерное распределение напряжений UКБ может быть следующим: UКБ1 = 0,7 В, UКБ2 = 0,9 В, UКБ3 = 1,4 В, где UКБ1 (UКБ2 , UКБ3) – напряжения коллектор – база Т VT1 и VT2 узла УК1 (УК2, УК3). Противофазные выходные сигналы УПЧИ поступают на входы резонансного усилителя – ограничителя и синхронного демодулятора.

Рассмотренный усилитель входит в состав отечественного процессора К174УР2А (Б). По аналогичной схеме построен УПЧИ процессора К174УР5

[11].

УПЧИ (УПЧЗ), выпускаемые в виде отдельных ИС, являются обычно двухкаскадными и представляют собой последовательное включение двух УЭ 2

– ДК(Б) – R – О, выходы первого из которых нагружены непосредственно на соответствующие входы второго. На выходе УПЧИ присутствуют два симметричных эмиттерных повторителя. Вход первого УЭ является несимметричным. Примером подобных устройств является отечественная ИС К174УР10 – широкополосный усилитель, применяемый в качестве предварительного усилителя промежуточной частоты для компенсации потерь в фильтрах.

В процессорах более поздних выпусков УПЧИ строят на базе УЭ 3 – ДККС(Б) – R – О. Характерным примером является усилитель ТВ процессора TDA4504В фирмы Philips (рис.4.18), состоящий из трех функциональных узлов

109

Рис. 4.17. УПЧИ на базе УЭ 2–ДК(Б)–R–О

110