Искажения в усилителях

Амплитуда сигналов в УРЧ и УПЧ очень незначительна: милли- или даже микровольты, поэтому нелинейных искажений в этих каскадах не воз­никает. При налаживании этих усилителей особое внимание надо обратить на устойчивость их работы и правильную настройку их селективных (частотно-из­бирательных) систем.

Проверку и настройку усилителей всегда следует начинать с установки режима транзисторов по постоянному току. Предварительно все колебательные контуры усилителя замыкают накоротко проволочными перемычками. Это ис­ключает возможность самовозбуждения и тем самым гарантирует правильность установки режимов транзисторов, поскольку самовозбуждение, т. е. работа кас­када в режиме генерации или усиления переменного тока большой амплитуды, значительно смещает положение рабочей точки за счет изменившихся напря­жений смещения, что приводит к ошибкам в измерениях режима по постоянно­му току.

Резонансные усилители, особенно многокаскадные, склонны к самовозбуж­дению из-за паразитных наводок между контурами, особенно между входным и выходным, ОС через общий источник питания, внутренних связей в транзи­сторах. Самовозбуждение приводит к неустойчивости формы частотной харак­теристики усилителя и искажениям формы усиливаемых сигналов. Обнару­жить самовозбуждение можно при помощи чувствительного осциллографа или высокочастотного милливольтметра, включив их на выходе усилителя. Исполь­зование осциллографа предпочтительнее, так как милливольтметр может регист­рировать не самовозбуждение, а шум усилителя, в то время как на экране осциллографа можно увидеть форму колебаний, возникающих при самовозбуж­дении. Форма таких колебаний хоть и несинусоидальна, но все же имеет коле­бательный характер, шум же имеет хаотическую форму колебаний. Осциллограф часто позволяет определить примерную частоту колебаний самовозбуждения.

Если самовозбуждение возникает сразу после включения питания усили­теля и даже в отсутствие усиливаемого сигнала на его входе, значит в усили­теле сильная паразитная ПОС, чаще всего между выходным и входным ко­лебательными контурами или через цепь питания. Следовательно, надо улуч­шить цепи развязок по питанию (увеличить емкость конденсаторов этих фильт­ров), экранировать или разнести элементы колебательных контуров различных каскадов. Можно поменять местами выводы катушек одного из контуров, но если самовозбуждение при этом исчезнет, то ПОС превратится в ООС, которая тоже снижает усиление и влияет на форму частотной характеристики усили­теля. Поэтому лучше устранить причину повышенной ОС. Если же усилитель самовозбуждается только при подаче на его вход усиливаемого сигнала, что можно обнаружить по искажению его формы на экране осциллографа, значит ПОС недостаточна для самовозбуждения усилителя. В этом случае он работает как генератор с принудительной синхронизацией, причем генерация срывается при отключении синхронизирующего напряжения. Причины такого самовозбуж­дения те же, что и при сильных ОС.

Самовозбуждение может возникнуть, если усилитель обладает слишком большим усилением, превышающим порог устойчивости (ведь генератор по су­ществу тоже усилитель, но работает он за порогом устойчивости), причиной которого могут быть чрезмерно высокие добротности колебательных контуров. Поэтому если не удается устранить самовозбуждение описанными способами, то следует оценить добротности при помощи куметра. Очень большие доброт­ности можно уменьшить шунтированием контуров резисторами, сопротивления которых подбирают по срыву паразитной генерации. Однако подавлять таким способом самовозбуждение без предварительной оценки добротности контуров нельзя, так как если контуры обладали нормальной добротностью, то это значительно снизит усиление и селективность усилителя, хотя генерация и будет сорвана.

Причиной самовозбуждения могут быть транзисторы с большой внутренней ОС. Поэтому полезно заменить их на транзисторы с меньшим коэффициен­том передачи тока h₂₁ или же применить более высокочастотные, у которых такая связь меньше. При невозможности подобной замены надо ввести в кас­кад ООС по току: в цепь эмиттера включить резистор. Генерация при этом срывается, но и усиление каскада несколько снижается.

Вообще в резонансных усилителях, собранных по обычной схеме (рис. 54), не удается полностью использовать усилительные свойства транзисторов, по­скольку реальный коэффициент устойчивого усиления обычно в 5 — 10 раз мень­ше теоретического.

Рис. 54. Простая схема резо­нансного транзисторного уси­лителя

Рис. 55. Каскодное включение транзисторов

Более высокое устойчивое усиление получают, применяя транзисторы с ма­лой емкостью коллекторного перехода, а также путем каскодного включения транзисторов.

Усилитель, собранный по каскодной схеме (рис. 55), содержит два транзи­стора, включенных последовательно по переменному току. Первый транзистор не усиливает сигнал, так как нагружен на очень малое входное сопротивление второго, включенного по схеме ОБ. Второй транзистор обладает малой выход­ной проводимостью, поэтому он слабо шунтирует колебательный контур в кол­лекторной цепи, обеспечивая тем самым большое усиление каскада (сопротив­ление коллекторной нагрузки велико). Но имея малое входное сопротивление, он сильно шунтирует предыдущий каскад, снижая его усиление. Чтобы избе­жать этого, первый транзистор включают по схеме 03, что как бы отделяет усилительный транзистор от выхода предыдущего каскада усилителя. Такое включение значительно увеличивает входное сопротивление и обеспечивает хорошие условия согласования, а паразитная ОС будет ослаблена, что уменьша­ет возможность самовозбуждения каскада.

Полностью убедиться в том, что режим усилителя устойчив, можно лишь после снятия его частотных характеристик при различных уровнях усиления. Ес­ли форма этих характеристик примерно одинаковая, усилитель работает устой­чиво. Если же форма частотной характеристики при большом и малом усиле­нии различна, то это указывает на наличие в усилителе сильных ОС, хотя и не приводящих к паразитной генерации, но искажающих форму усиливаемых сигналов. Поэтому эти связи надо выявить и устранить. Но такую проверку делают после настройки усилителя.