В отличие от усилителей низкой частоты, которые служат для усиления колебаний во всем диапазоне звуковых частот, усилители высокой частоты должны усиливать колебания не всех частот сразу, а только одной определенной высокой частоты или некоторой сравнительно узкой полосы высоких частот. Это достигается применением настроенных в резонанс колебательных контуров, и потому усилители высокой частоты иногда называют резонансными усилителями [1].

С учетом расположения в приёмнике каскадов УВЧ они должны обладать амплитудно-частотными характеристиками близкими к оптимальным, иметь возможно малый коэффициент шума. Для обеспечения определенной избирательности и ослабления действий помех в усилителях высокой частоты используется частотно-зависимая нагрузка, обладающая резонансными свойствами.

Классификация УВЧ осуществляется по следующим признакам:

-По типу активного элемента;

-По числу каскадов;

-По схемам применяемых резонансных систем;

УВЧ характеризуются следующими показателями:

Величина коэффициента усиления и постоянство его в диапазоне частот;

Избирательность и полоса пропускания;

Коэффициент шума;

Диапазон рабочих частот;

Степень искаженности сигнала;

Динамический диапазон;

Устойчивость и надежность;

Мощность потребляемая от источника питания;

Механическая прочность;

Габариты, вес и стоимость.

Коэффициент усиления.

Коэффициентом усиления принято считать отношение

при настройке контуров на резонансную частоту. Значит  это отношение амплитуд напряжений выхода и входа.

Для увеличения коэффициента усиления используют последовательное соединение нескольких каскадов

Избирательность усилителя.

Избирательность усилителя определяется его резонансной кривой.

Оценить избирательность можно графически, когда по оси абсцисс откладывают величину расстройки  ,

где  - собственная резонансная частота.

По оси ординат откладывается величина ослабления  ,

где  - коэффициент усиления при расстройке

численно значение избирательности резонансных усилителей задаётся величиной требующего ослабления  , при заданной расcтройке  . Поскольку, для увеличения ослабления необходимо ослабление резонансной кривой, то задаётся минимально допустимой полосой пропускания усилителя , которая определяется шириной спектра усиливаемого сигнала.

Коэффициент шума.

Используется для повышения чувствительности УВЧ, в тех случаях, когда он позволяет снизить коэффициент шума приемника. Это будет в случае, когда  усилителя меньше чем у последующих каскадов.

Диапазон рабочих частот.

Диапазон рабочих частот определяется интервалом  . принимаемых сигналов. В связных вычислительных приёмниках, в общем диапазоне частот могут быть нерабочие участки.

Диапазон рабочих частот считается перерывающимся, если усилитель можно настроить на любую частоту диапазона и при этом его коэффициент усиления, избирательность и другие параметры будут в пределах заданного значения.

Частотные искажения определяются формой резонансной кривой усилителя. Допустимым считается неравномерность усиления по основным составляющим спектра сигнала порядка 3дб [3].

Динамический диапазон.

Динамический диапазон определяется отношением:

- максимальная амплитуда, при которой имеют место допустимые искажения.

- зависит от типа активного элемента, выбора режима его работы и от нормальной величины усиливаемого сигнала  .

можно оценить по амплитудной характеристике  .

С динамическим диапазоном связаны и нелинейные искажения т.к. они тем меньше, чем меньше амплитуда сигнала и линейная амплитудная характеристика. Амплитуда полезного сигнала на выходе УВЧ порядка 0,01 0,1 В, поэтому существенные нелинейные искажения могут возникнуть лишь при наличии на выходе более мощных сигналов, что может быть сравнительно редко.

Нелинейные искажения могут возникнуть за счет неточной настройки УВЧ на частоту полезного сигнала, но при расстройке значительно меньше полосы пропускания искажения невелики [5].

Устойчивость работы УВЧ.

Устойчивость работы УВЧ определяется отсутствием самовозбуждения и склонности к нему, а также способностью усилителя сохранять коэффициент усиления, избирательность, перекрытие диапазона рабочих частот, коэффициент шума и степень искажения усиливаемого сигнала в допустимых пределах при нормальных условиях эксплуатации.

Устойчивость работы усилителя в большой степени обеспечивается ослаблением вредных обратных связей как в каскадах, так и между каскадами.

Схемы усилителей высокой частоты.

Основными особенностями каскадов ВЧ тракта приемника являются:

- Малая амплитуда входных сигналов;

- Наличие резонансной нагрузки;

- Широкий диапазон возможных рабочих частот, при высокой частоте усиливаемых сигналов.

При использовании электронных ламп, в зависимости от места включения нагрузки усилители строятся по схемам с общим катодом, общей сеткой. Общий электрод для токов сигнала часто заземляется и схемы называют с заземленным катодом и сеткой.

В приемниках ДВ, СВ, КВ и МВ обычно применяют схемы с общим катодом, обеспечивающие на этих частотах наибольшее усиление.

В ДМ диапазоне чаще применяются схемы с общей сеткой, позволяющие получить: меньший уровень шумов, более устойчивое усиление.

В транзисторных усилителях аналогично применяются схемы с общим эмиттером и общей базой. По своим усилительным свойствам эти схемы аналогичны ламповым.

Однако следует учитывать, что выходной ток лампы управляется входным напряжением (напряжение на управляющей сетке). Выходной ток транзистора управляется входным током (током базы), т.е. можно считать, что транзисторный каскад является усилителем тока [4].

Относительное изменение усиления при расcтройке.

Относительное изменение усиления при расстройке определяется величиной обобщенной расстройки:

, где  -полоса пропускания каскада,

-отклонение частоты от номинала,

, где - ослабление колебательного контура.

, где  - обобщенная расстройка.

, где  - полоса пропускания.

Обратные связи в увч и методы борьбы с ними.

В УВЧ по мере роста частоты полезного сигнала возрастает вероятность образования положительной обратной связи. В случае сильной ПОС может наступить режим генерирования. При режиме близком к самовозбуждению работа будет нестабильна. В этом случае при незначительном изменении параметров активного элемента коэффициент усиления и полоса пропускания будет резко изменяться.

Причинами образования ПОС в резонансных усилителях являются:

Межэлектродные проводимости активных элементов, связывающие вход и выход каскада;

Общие источники питания в многокаскадных усилителях;

Магнитные и емкостные связи между выходом и входом как анодного каскада, так и всего усилителя.

Положительные обратные связи за счет общих источников питания существенно ослабляются введением в схему развязывающих фильтров и снижения внутреннего сопротивления источника за счет шунтирования его конденсатором достаточно большой ёмкости.

Магнитные и емкостные обратные связи устраняются выбором рациональной конструкции усилителя и экранированием элементов входных и выходных цепей.

Рекомендуется:

- Распологать каскады по прямой, что обеспечивает максимальное расстояние между входом и выходом как всего усилителя, так и отдельного каскада;

- Применять закрытые металлические шасси;

- Ориентировать контурные катушки так, чтобы между ними существовала минимальная магнитная связь;

- Экранировать катушки контуров и блокировочных дросселей;

- Применять магнитные и электростатические экраны между входными и выходными цепями каскадов;

- Рационально выполнять монтаж схемы;

В ряде случаев для повышения коэффициента усиления и сужения полосы пропускания каскада вводят искусственные цепи положительной обратной связи (регенеративные каскады усиления).

При наличии обратной связи и в зависимости от ее вида сдвиг по фазе между сигналами равен 0° или 180°. Это эквивалентно уменьшению или увеличению только активной составляющей входного сопротивления каскада и не влияет на его реактивную составляющую. В этой связи обратные связи иногда называют активными. В случае же, когда сдвиг по фазе между током или напряжением при наличии обратной связи отличен от 0 и 180° связи называют комплексными. В случае, когда сдвиг по фазе между сигналами равен ± 0,5  (90°), обратная связь будет реактивной.

В связи с тем, что цепи обратной связи включают в себя, как правило, реактивные элементы, фаза сигнала на входе усилителя зависит от частоты усиливаемого сигнала.

Следовательно, и характер обратной связи зависит от частоты сигнала.

Это необходимо учитывать особенно при работе усилителя в диапазоне частот, так как на фиксированной частоте за счет подбора элементов, возможно, получить обратную связь чисто активной или чисто реактивной.

Действие цепи обратной связи на параметры каскада усиления можно учитывать следующим образом:

Обратная связь изменяет входное напряжение каскада, что означает изменение общей проводимости на его входе.

Обратная связь изменяет коэффициент усиления каскада и выходную проводимость при постоянстве входных параметроd [2].

Устойчивость работы УВЧ с обратной связью

С учетом изменения амплитуды сигнала на входе каскада усиления при наличии обратной связи, следовательно, и изменения коэффициента усиления общее выражение для коэффициента усиления общее выражение для коэффициента усиления каскада с обратной связи представляется в следующем виде:

где,  - модуль коэффициента усиления каскада при разомкнутой цепи обратной связи.

-  модуль коэффициент обратной связи;

-  сдвиг по фазе для прямого прохождения сигнала (от входа к выходу каскад).

-  сдвиг по фазе для прохождения сигнала по цепи обратной связи (от выхода к входу).

При положительной обратной связи коэффициент усиления каскада возрастает тем больше, чем ближе произведение  к единице (тем полнее выполняется условие баланса амплитуд). В случае усилитель превращается в генератор.

Если боратная связь не обеспечивает самовозбуждения, но разность   близка к нулю, работа каскада становится неустойчивой.

В приемниках устойчивость работы усилителей принято оценивать по изменению входной проводимости первого каскада под воздействием цепей обратной связи.

Упрощенно, условия самовозбуждения каскада усиления за счет воздействия сигнала обратной связи, можно представить выполнением следующих условий:

;  , где

Эти условия аналогичны условиям баланса фаз и амплитуд в автогенераторе. Если эти условия ни на одной частоте совместно не выполняются, то каскад усиления устойчив.

Для оценки устойчивости работы усилителя в качестве численного критерия использует понятие коэффициент устойчивости.

При  обратная связь не действует, усилитель абсолютно устойчив и . И наоборот, при самовозбуждение неизбежно, а . Практически достаточно иметь

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Бурлянд В.А., Жеребцов И.П. Хрестоматия радиолюбителя. 1963 г.

Войшвилло Г. В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. 2-е изд. — М.: Радио и связь. 1983

Королев Г. В. Электронные устройства автоматики: Учеб. пособие. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк.— 1991. — 256 с.

Москатов Е. А. Электронная техника. Специальная редакция для журнала “Радио”. – Таганрог, 2004. – 121 стр.

 Радиомастер (Жуков Е.В.)

Код для цитирования: Скопировать