Главная | Обратная связь
МегаЛекции

Разработка широкополосного высоколинейного экспериментального усилителя на основе выбранного оптимального ТДЛ





 

Необходимо разработать усилитель, функционирующий в диапазоне частот 0.01-100 МГц с усилением 12±1 дБ и динамическим диапазоном по нелинейности (интермодуляционным составляющим) второго и третьего порядков 90-120 дБ, допускающим уровень блокирующей помехи менее 1.5В, при котором δБЛ≤20%. Спроектировать в соответствии с требованиями, предъявляемыми к современным перспективным широкополосным усилителям (ШПУ). Усилитель в рабочем диапазоне частот имеет следующие технические показатели:

коэффициент усиления - 12±1 дБ;

коэффициент шума – не более 3.0 дБ;

входные и выходные сопротивления – в пределах 30-80 Ом;

сопротивления источника сигнала (генератора) и нагрузки – 75 Ом;

нелинейные искажения, оцениваемые динамическим диапазоном по интермодуляции третьего порядка, - 90-120 дБ;

напряжение питания при токе потребления 100мА - 15±1В;

амплитуда блокирования помехи не менее 1.5В;

 

Рис.4.1. Принципиальная схема усилителя.


На основании проработки и анализа оптимальных технических решений, взят за основу усилитель на линейном транзисторе 2Т339А [А.С. №1166270 Авт. Невмержицкий Г.И., Сартасов Н.А., Симонтов И.М., Тихонов А.И. Бюл.25 07.07.85. Широкополосный усилитель], в результате чего разработан и исследован наиболее перспективный его вариант на входе и выходе которого включены выбранные ТДЛ-11 и ТДЛ-14 соответственно, волновое сопротивление (ρ) которых полностью определяет широкополосность усилителя. Принципиальная схема усилителя приведена на рис.4.1. В схеме использованы трансформаторы разработанные в разделе № 3.

Коэффициент усиления

 

,

 

где  и  - соответственно действующее значение выходного и входного напряжений усилителя (при частоте ), измеряется в диапазоне частот по схеме рис.4.2. Экспериментальные данные сведены в таблицу 4.1.

 

Рис.4.2. Схема для измерения коэффициента усиления, входного и выходного сопротивлений усилителя.


Для достижения в ТДЛ максимальной широкополосности ДЛ согласуют с источником сигнала  и нагрузки , т.е. как со стороны входа, так и со стороны выхода усилителя.



 

,

 

где  и  - соответственно действующее значение выходного и входного напряжений усилителя (при частоте ).

 

f,МГц 0,01 0,05 0,1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
UВХ,мВ 21 24 70 86 72 60 45 35 50 60 82 88 78
UБ,мВ 5,0 8,0 23 32 28 28 25 27 26 27 24 14 16
UВЫХ,мВ 67,2 115 380 520 550 500 470 500 400 300 300 200 80
КЗ 48 55 58 62 64 65 65 60 62 60 58 45 43
КУ 3,2 4,8 5,4 6,0 7,6 8,3 10,4 14,3 8,0 5,0 3,6 2,3 1,02
ДКЗВЫХ,дБ 100 100,3 101,3 102,6 103,3 103,6 103,6 104 102,6 102 101,3 97 82,3
IP3ВЫХ 36,0 38,5 40 42,7 43 44,2 44,2 44,5 42,7 42 40 33,7 22,8
RВХ,Ом 6,0 23,68 175 460,7 192,8 112,5 61,36 40,38 75 112,5 341,6 550 266

 

Основным показателем, характеризующим амплитуду напряжений продукта нелинейного преобразования на выходе усилителя, является коэффициент нелинейности интермодуляционных (комбинационных) составляющих соответствующих порядков. В частности, для составляющей третьего порядка этот коэффициент определяется формулой:

 

,

 

где - амплитуда напряжения третьего порядка на выходе усилителя; - амплитуда напряжения выходного полезного сигнала с частотой . Коэффициент нелинейности  измеряется в диапазоне частот по схеме рис.4.3 двухсигнальным методом. Результат измерений приведен в таблице 4.1.

Широкополосность усилителя в целом определяется нижней и верхней граничными частотами, на которых коэффициент усиления уменьшается на 3 дБ (1.7 раз). При этом нижняя граничная частота определяется максимальным значением магнитной проницаемости µ≥4000 и наибольшим числом витков.

 

Рис.4.3. Схема для измерения коэффициента нелинейности К3 двухсигнальным методом.

 

Верхняя граничная частота усилителя определяется максимальной граничной частотой биполярного транзистора (БПТ), а также минимальными геометрическими размерами ферритового кольца. При этом для уменьшения входного сопротивления усилителя на низких частотах необходимо увеличить погонную емкость С, что достигается скручиванием проводников.

Кроме того, для уменьшения шумов и нелинейных искажений в схему ШПУ введена «бесшумная» отрицательная обратная связь (ООС) по току за счет дополнительной обмотки , шунтирование которой резистором малой величины компенсирует ограничение широкополосности из-за введения ООС.


Рис.5.4. Амплитудно - частотная характеристика экспериментального усилителя функционирующий в диапазоне частот 10кГц – 85МГц

 

Рис.5.5. Экспериментальная зависимость величины входного сопротивления RВХ от частоты усилителя.

 

Рис.5.6. Зависимость величины динамического диапазона ДКЗ по интермодуляциии третьего порядка от частоты усилителя.


Для обеспечения определенного качественного усиленного сигнала приходится задавать, с одной стороны, минимально допустимое отношение сигнал/шум или сигнал/фон, ограничивающее минимальный уровень усиливаемых сигналов, а с другой, максимально допустимую нелинейность усилителя, что ограничивает наибольший уровень усиливаемых сигналов. Отношение максимального сигнала к минимальному (в любой, но одной и той же точке усилителя, например на выходе) при определенных критериях качества выходного сигнала называется динамическим диапазоном усилителя.

Динамический диапазон Д, дБ,

 

 (4.1)

 

где - коэффициент нелинейности интермодуляционной (комбинационной) составляющей третьего порядка, - амплитуда напряжения выходного полезного сигнала с частотой .

Точка пересечения третьего порядка, т.е. точка при которой комбинационная составляющая была равна зондирующему входному сигналу.

 


Рис.4.7. Зависимость параметра нелинейности третьего порядка IP3 от частоты усилителя.

 

Особенностью такого усилителя является его сверхширокополосность, минимальные нелинейные искажения, шумы и потребляемая мощность, а также стабильность параметров при изготовлении и эксплуатации, технологичность изготовления, что достигается с помощью схемы на биполярном транзисторе с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению и бесшумной ООС – по току, а также включением в нагрузку усилителя трансформатора типа длинной линии.





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015- 2021 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.