Результат интеллектуальной деятельности: ОКОНЕЧНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к усилителям промежуточной частоты, которые могут быть использованы в качестве оконечного широкополосного усилителя мощности промежуточной частоты, а также в качестве линейного усилителя мощности диапазона частот от 1 до 500 мГц с нормированными значениями коэффициента шума и входным и выходным сопротивлениями с многооктавной полосой рабочих частот в приемно-передающих устройствах радиоэлектронной аппаратуры.

Известен усилитель, который может быть использован в оконечных усилителях мощности широкополосных систем связи, содержащий транзистор, резисторы, дроссели (Патент РФ №2278467, кл. Н03F 3/60, 2004 г.).

Известен транзисторный усилитель для согласования импеданса, выполненный на биполярном СВЧ-транзисторе. В этом усилителе с помощью цепей отрицательной обратной связи с малыми потерями на основе трехобмоточного трансформатора решаются задачи реализации значения линейной выходной мощности усилителя, близкой к значению максимальной мощности, отдаваемой транзистором, и 50-омных значений входного и выходного сопротивлений усилителя (Патент США №3891934, кл. 330-296, 1975 г.).

Также известен усилитель, описанный в «Справочном пособии по высокочастотной схемотехнике» автора Э.Ред, перевод с немецкого, изд. «Мир», М., 1990 г., стр.57-60, рис.1,69-1,74. В усилителе обеспечиваются значения входного и выходного сопротивлений за счет трансформации 1:1 сопротивлений соответственно нагрузки и генератора. То есть входное сопротивление усилителя практически равно сопротивлению нагрузки, а выходное сопротивление усилителя практически равно сопротивлению генератора. Трехобмоточный трансформатор, используемый в усилителе, имеет большие значения коэффициентов трансформации, и кроме этого значения коэффициентов трансформации обмоток принципиально имеют нецелочисленные значения. В результате чего невозможно обеспечить малые значения индуктивной рассеянности обмоток трансформатора, что приводит к ограничению полосы рабочих частот усилителя. Кроме того, такой усилитель не обладает развязывающими или так называемыми «буферными» свойствами, что в большинстве случаев недопустимо.

Известен усилитель, описанный в «Справочном пособии по высокочастотной схемотехнике» автора Э.Ред, перевод с немецкого, изд. «Мир», М., 1990 г., стр.59-63, рис.1,75-1,80, в котором получение требуемых значений входного и выходного сопротивлений усилителя обеспечивается включением 50-омных резисторов на входе и выходе усилителя. Наличие трехобмоточного трансформатора приводит к ограничению полосы рабочих частот усилителя. Резисторы уменьшают выходную мощность усилителя и увеличивают его коэффициент шума.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является усилитель, который может использоваться как оконечный, содержащий транзистор, трансформатор, первый резистор, второй резистор. Обмотки трансформатора соединены последовательно, первый вывод первого резистора соединен с выводом эмиттера транзистора, а второй вывод первого резистора соединен с корпусом усилителя, первый вывод второго резистора соединен с выводом базы транзистора и с клеммой входа усилителя. Вывод начала первой обмотки трансформатора соединен с выводом коллектора транзистора. Вывод конца первой обмотки трансформатора соединен с выводом начала второй обмотки трансформатора, со вторым выводом второго резистора и подключен к клемме выхода усилителя, который описан в «Справочном пособии по высокочастотной схемотехнике» автора Э.Ред, перевод с немецкого, изд. «Мир», Москва, 1990 г. стр.63-68, рис.1,81-1,86. Обмотки имеют одинаковое число витков и соединены последовательно. Коэффициент трансформации равен единице. При таком коэффициенте трансформации возможно добиться увеличения коэффициента связи между обмотками трансформатора, что приводит к уменьшению индуктивностей рассеяния трансформатора. В результате чего такой усилитель является наиболее широкополосным из рассмотренных выше.

Однако данный усилитель имеет недостаточно широкую полосу рабочих частот и недостаточную линейность усилителя.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала технических средств указанного назначения с одновременным улучшением его эксплуатационных характеристик.

Техническими результатами при реализации изобретения являются, в частности, расширение полосы рабочих частот, повышение линейности усилителя.

На достижение указанного технического результата оказывают влияние следующие признаки, которые в предложенном техническом решении являются отличительными признаками изобретения. А именно, оконечный усилитель промежуточной частоты содержит транзистор, трансформатор, первый резистор, второй резистор. Первый вывод первого резистора соединен с выводом эмиттера транзистора, вывод базы транзистора, являющийся входом усилителя, соединен с первым выводом второго резистора. Обмотки трансформатора соединены последовательно. Вывод начала первой обмотки трансформатора соединен с выводом коллектора транзистора, вывод начала второй обмотки трансформатора, являющийся выходом усилителя, соединен с выводом конца первой обмотки трансформатора и со вторым выводом второго резистора. Кроме этого усилитель содержит дроссель, причем первый вывод дросселя соединен со вторым выводом первого резистора, второй вывод дросселя соединен с корпусом усилителя, а вывод конца второй обмотки трансформатора соединен с выводом эмиттера транзистора.

На чертеже представлена схема оконечного усилителя промежуточной частоты.

Оконечный усилитель промежуточной частоты, в дальнейшем по тексту описания - усилитель, содержит транзистор 1, трансформатор 2, первый резистор 3, второй резистор 4, дроссель 5. Вывод базы транзистора 1, являющийся входом усилителя, соединен с первым выводом второго резистора 4. Обмотки трансформатора 2 соединены последовательно. Вывод начала первой обмотки трансформатора 2 соединен с выводом коллектора транзистора 1. Выходом усилителя является вывод начала второй обмотки трансформатора 2, который соединен с выводом конца первой обмотки трансформатора 2 и со вторым выводом второго резистора 4. Первый вывод первого резистора 3 соединен с выводом эмиттера транзистора 1, при этом вывод конца второй обмотки трансформатора 2 соединен с выводом эмиттера транзистора 1 и с первым выводом первого резистора 3. Первый вывод дросселя 5 соединен со вторым выводом первого резистора 3, а второй вывод дросселя 5 соединен с корпусом усилителя. Усилитель выполнен на биполярном СВЧ-транзисторе 1 по схеме с общим эмиттером. Для обеспечения требуемого значения сопротивления коллекторной нагрузки транзистора 1 в цепь коллектора транзистора включен трансформатор 2. Обмотки трансформатора 2 соединены последовательно и имеют одинаковое число витков. Первый резистор 3 и дроссель 5 являются элементами цепи местной последовательной отрицательной обратной связи. Второй резистор 4 является элементом цепи общей параллельной отрицательной обратной связи. Вывод конца второй, выходной, обмотки трансформатора 2 соединен с первым выводом первого резистора 3 и эмиттера транзистора 1, и, таким образом, усилитель охвачен еще одной дополнительной цепью общей отрицательной обратной связи, состоящей из первого резистора 3, дросселя 5 и трансформатора 2.

Оконечный усилитель промежуточной частоты работает следующим образом. Переменное напряжение входного сигнала с входа усилителя поступает на базу транзистора 1. Затем напряжение сигнала усиливается транзистором 1 и поступает на трансформатор 2. Напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора, делится на две неравные части. Большая часть напряжения поступает на выход усилителя, а меньшая часть напряжения, являющаяся сигналом отрицательной обратной связи, поступает на эмиттер транзистора 1. Также часть выходного тока усилителя, являющаяся сигналом отрицательной обратной связи, через второй резистор 4 поступает на вход усилителя. Кроме того, на первом резисторе 3 и дросселе 5 образуется падение напряжения, которое также является сигналом отрицательной обратной связи. Как известно, в диапазоне рабочих частот усилителя происходит значительное изменение параметров транзистора. Так, с ростом частоты уменьшается коэффициент передачи, причем в верхней части диапазона промежуточных частот скорость изменения достигает 6 дБ на октаву. В транзисторе 1 входное и выходное сопротивления также уменьшаются с ростом частоты. Причем входное сопротивление выше 50 Ом на низких частотах и меньше 50 Ом на верхних частотах, а выходное сопротивление транзистора выше 50 Ом и особенно велико на низких частотах. Действие отрицательных обратных связей цепи местной последовательной отрицательной обратной связи, состоящей из первого резистора 3, дросселя 5 и дополнительной цепи общей отрицательной обратной связи, состоящей первого резистора 3, дросселя 5 и трансформатора 2, приводит к увеличению входного и выходного сопротивления усилителя, а действие цепи параллельной отрицательной обратной связи, элементом которой является второй резистор 4, приводит к уменьшению входного и выходного сопротивления усилителя. Все цепи отрицательной обратной связи стабилизируют значение коэффициента передачи и повышают линейность усилителя. При одновременном действии всех цепей отрицательных обратных связей в полосе рабочих частот усилителя достигаются заданная неравномерность коэффициента передачи усилителя и заданные пределы отклонений значений входного и выходного сопротивлений усилителя. Дроссель 5 позволяет устранить неравномерность амплитудно-частотной характеристики широкополосного усилителя в верхней части диапазона рабочих частот, вызванную влиянием индуктивностей рассеяния трансформатора 2.

При входном Rвх и выходном Rвых сопротивлениях усилителя, равных волновому сопротивлению линии передачи (W), обычно это 50 Ом, параметры широкополосного усилителя мощности можно рассчитать следующим образом:

Rвх=Rвых=W

К_U≈W²/(R1+Re)/(W+R1+Re)

R2≈W·(K_U+1)

где: K_U - Коэффициент передачи усилителя по напряжению,

Re - сопротивление эмиттера транзистора,

R1 - сопротивление первого резистора 3,

R2 - сопротивление второго резистора 4.