Глава 4. Усилители радиочастоты

4.1. Назначение и классификация урч

Усилителями радиочастоты называются каскады РПрУ, в которых усиление сигнала происходит на его несущей радиочастоте. Эти каскады располагаются перед преобразователем частоты (ПрЧ) в супергетеродинном приёмнике или перед детектором в приёмнике прямого усиления.

Усилитель радиочастоты решает следующие задачи:

• Повышает чувствительность РПрУ, ограниченную шумами, за счёт усиления радиосигнала до смесителя, имеющего большой уровень собственных шумов;

• Обеспечивает избирательность по побочным каналам приёма;

• Обеспечивает предварительную избирательность на малых уровнях входного сигнала и помехи, при которых ещё не проявляются нелинейные свойства УЭ;

• Предотвращает паразитное излучение сигнала гетеродина через

антенну;

• Предотвращает перегрузку смесителя при приёме мощных сигналов и помех за счёт введения ограничения усиления с помощью системы автоматической регулировки усиления (АРУ).

В РПрУ диапазонов ДВ, СВ и КВ основным назначением УРЧ является обеспечение требуемой избирательности по зеркальному каналу и необходимого усиления. В диапазонах МВ и ДМВ усилитель радиочастоты обеспечивает высокую чувствительность приёмника.

УРЧ классифицируются по следующим признакам:

• По типу используемого усилительного элемента:

– УРЧ на невзаимных УЭ, имеющие раздельные входы и выходы

(БТ, ПТ, ИМС);

– УРЧ на двухполюсных УЭ, входы и выходы которых совпадают

(туннельные и параметрические диоды).

• По способу включения УЭ:

– схемы с ОЭ и ОБ для биполярных транзисторов;

– схемы с ОИ и ОЗ для полевых транзисторов;

– схемы с ОК и ОС для электронных ламп.

• По виду нагрузки:

– резонансную (колебательный контур или система контуров);

– частотно- избирательную апериодическую (система RC-фильтров).

• По способу связи контура с УЭ и нагрузкой:

– с непосредственной связью;

– с трансформаторной связью;

– с автотрансформаторной связью;

– с ёмкостной связью;

– с комбинированной связью.

• По виду настройки:

– с настройкой на фиксированную частоту;

– с перестройкой в пределах заданного диапазона.

По частотному диапазону различают УРЧ умеренно высоких и метровых волн, в которых используют одиночные резонансные контуры с сосредоточенными параметрами, и УРЧ СВЧ, где применяются коаксиальные, полосковые, микрополосковые линии и объёмные резонаторы.

2. Характеристики и параметры урч

Требования к УРЧ по ряду параметров аналогичны требованиям, предъявляемым к входным цепям:

• Подавление зеркальной помехи, а также помех на промежуточной и комбинационных частотах;

• Обеспечение необходимого коэффициента усиления;

• Перекрытие заданного диапазона рабочих частот;

• Обеспечение установленной неравномерности АЧХ в заданной полосе пропускания.

Основными параметрами УРЧ являются:

• Резонансный коэффициент усиления по напряжению – отношение напряжения в нагрузке (на входе следующего каскада) к входному напряжению полезного сигнала на резонансной частоте настройки:

К₀ = U_ВЫХ / U_ВХ;

Коэффициент усиления УРЧ по напряжению выбирается из противоречивых требований: он должен быть по возможности большим для уменьшения влияния шумов смесителя на общий уровень шумов РПрУ и одновременно его надо уменьшать для снижения уровня помех, попадающих в смеситель и вызывающих перекрёстные (интермодуляционные) искажения. Обычно выбирают К₀ ≈ 20…30 дБ.

• Частотная избирательность σ определяется избирательностью резонансной системы, входящей в её состав. Количественно избирательность σ характеризуется числом, показывающим, во сколько раз уменьшится коэффициент усиления К_Δf по сравнению с резонансным коэффициентом усиления К₀ при заданной расстройке Δf:

σ = К₀ / К_Δf

Избирательность многокаскадного УРЧ равна произведению избирательностей отдельных каскадов:

σ_{Σ =} σ₁·σ₂∙….∙σ_n, или σ_Σ(дБ) = 20lgσ_Σ.