УСИЛИТЕЛЬ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ УСИЛЕНИЕМ НА ТРАНЗИСТОРАХ Советский патент 1971 года по МПК H03F1/42 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в различных широкополосных усилительных устройствах, например, в качестве неперестраиваемого широкодиапазонного каскада коротковолнового радиопередатчика.

В настояшее время усилители с распределенным усилением (УРУ) на транзисторах строятся по следуюш,им схемам: трансформаторной схеме УРУ на транзисторах с обш,ей базой, УРУ на транзисторах с обшим эмиттером без коррекции и УРУ на транзисторах с обшим эмиттером с различными схемами коррекции.

Первая из указанных схем использует наиболее широкополосную пз схем включения транзистора - схему с общей базой. Вверхняя рабочая частота усилителя соизмерима с граничной частотой усиления транзистора по току в схеме с обшей базой /а. Коэффициент усиления каскада достаточно высок.

В данном усилителе необходимо использовать большое количество по числу транзисторов в каскаде) широкополосных согласуюн их трансформаторов, что усложняет схему и конструкцию УРУ.

Вторая из указанных схем использует включение транзисторов с обшим эмиттером, и является аналогом УРУ на электронных ламнах с обШИМ катодом. Коэффициент усиления

данной схемы весьма высок, но верхняя граничная частота усилителя не может превышать граничной частоты транзистора по крутизне, в схеме с обшим эмиттером, в силу чего данная схема находит ограниченное применение.

Третья из указанных схем также использует включение транзистора с общим эмнттером, но для расширения полосы равномерно усиливаемых частот используются различные

схемы коррекции. К чнслу таких схем коррекции относится иснользованне отрицательной обратной связи по току за счет включения в цепь эмиттера всех транзисторов УРУ сопротивлений обратной связи. Верхняя граничная

частота усилителя может быть получена .зесьма высокой. Отсутствие высокочастотных широкополосных трансформаторов делает данлую схему конструктивно более простой, че.м трансформаторная схема УРУ.

Обшим свойство:. указанных схем является то, что возбуждение всех транзисторов каскада осуществляется за счет мошности входного сигнала. Однако во избежание сильного затуха-ния сигнала во входной линии передачп необходимая для возбуждения транзисторов мощность должна составлять лишь малую часть мощности входного сигнала. При этом основная часть мощности входного сигнала расходуется в нагрузочном сопротивленни

В предлагаемом усилителе лишь первый транзистор возбуждается за счет мощности входного сигнала, вне зависимости от количества транзисторов, ирименеиных в каскаде. Возбуждение остальных транзисторов каскада осуществляется за счет мощности, которая в усилителе-прототипе расходовалась бесполезно на сопротивлении обратной связи. Для этого в предлагаемом усилителе в цепь эмиттера предшествующего транзистора вместо сопротивления обратной связи включается отрезок согласованной искусственной линии, в качестве емкостного элемента которой используется входное сопротивление последуюнгего транзистора.

За счет применения такой схемы удается существенно повысить коэффициент усиления по мощности. Широкополосность и выходная мощность усилителя при этом не уменьшаются, а конструктивное осуществление не сложнее, чем у прототипа.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагаемого усилителя с распределенным усилением на транзисторах.

Усилитель может содержать любое число секций, в данном случае четыре. Каждая секция усилителя содержит транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером. Сигнал, который должен быть усилен, прикладывается к входным клеммам / и 2. Клемма 2 иодсоединена к общему проводу 3, который заземляется. Через входное согласующее звено 4 и разделительный конденсатор 5 сигнал поступает на базу 6 транзистора 7 первой секции усилителя. Эмиттер 8 транзистора 7 подключен ко входу отрезка искусственной длинной линии 9, включающего индуктивности 10, 11, емкости 12, 13 и нагрузочное сопротивление 14. Входное сопротивление транзистора 15 второй секции усилителя учитывается при выборе значений индуктивности 11, емкости 13 и сопротивления 14.

Вторая секция усилителя аналогично содержит транзистор 15, база которого через разделительный конденсатор 16 подключена к отводу отрезка искусственной длинной линии 9. Эмиттер транзистора 15 подключен ко входу следующего отрезка искусственной длинной линии 17 и т. д.

В усилителе может быть использовано любое число секций, каждая из которых (за исключением последней) полностью аналогична двум первым, описанным выще. В приведенной схеме это относится к третьей секции.

Последняя секция усилителя, в данном случае четвертая, как н предыдущие, содержит транзистор 18, база которого через разделительный конденсатор 19 подключена к отводу отрезка искусственной длинной линпи 20 (аналогично отрезкам линии 9 и 17), принадлежащего третьей секции усилителя. Эмиттер транзистора 18 присоединен к заземленному проводу 3 через параллельную RC-цепочку 21, состоящую из сопротивления 22 п конденсатора 23.

Коллекторы транзисторов, как и в известных схемах, подключаются к выходной линии передачи. Каждая секция выходной линйи передачи содержит две индуктивности (например, в первой секции индуктивности 24 и 25) п, еслИ это необходимо, дополнительно подключаемый конденсатор (в первой секции конденсатор 26). Вместе с выходной емкостью транзнстора эти элементы образуют Т-звено искусственной длинной линии (например, 27 в первой секции).

На своем левом конце выходная линия нагрулсена на соиротивление 28, равное волновому сопротивлению линии, подключаемое через разделительный конденсатор 29. Сопрогивление 28 согласуется с выходным сопротивлением линии при помощи носледовательно-производной т-полусекции фильтра 30, состоящей из последовательной индуктивности 31, параллельной индуктивности 32 и конденсатора 33.

Нагрузка усилителя, показанная на схеме как сопротивление 34, через разделительный конденсатор 35 и последовательно производную т-полусекцию фильтра 36 (аналогичную полусекции фильтра 30) подключается к выходу последней (четвертой) секции коллекторной линии передачи.

Питание коллекторных ценей транзисторов осуществляется через дроссель 37. С помощью сопротпвлений 38, 39, 40, 41 производится питание базовых ценей транзисторов но постоянному току. Подача смещения на базы транзисторов может осун ествляться либо от источника коллекторного питания через потенциометр 42 (как это показано на схеме), либо от отдельного источника.

Как указывалось выще, на входе усилителя ставится согласующее звено 4, задача которого заключается в обеспечении постоянства входного сопротивления усилителя. Согласуюидее звено 4 включает индуктивности 43 и 44, которые вместе с емкостной составляющей входного сопротивления транзистора 7 образуют Т-звено фильтра нижних частот, нагруженное на сопротивление 45.

Входное сопротивление первого транзистора 7 также содержит активную составляющую Гвх, но так как затухание, вносимое ей при одном звене в искусственной линин, обычно не играет роли, волновое сопротивление входного Т-звена фильтра (а следовательно, и входное сопротивление усилителя) может быть выбрано только исходя из емкостной составляющей входного сопротивления транзистора Свх в соответствии с обычной формулой

Р f С

Угр-вх

Сигнал, приложенный ко входу схемы, через согласующее входное звено 4 и разделитель1ПЯЙ конденсатор 5, поступает на базу транзистора 7 первой секции уси.иптеля и вызывает появление коллекторного и эмиттерного токов транзистора. Эмиттерный ток транзистора 7 создает напряжение на входе отрезка

искусственной длинной линии 9, которое через некоторое время задержки т поступает на вход транзистора 15 второй секции усилителя. Эмиттерный ток транзистора 15, в свою очередь, создает иа входе отрезка искусственной длинной линии 17 наиряжение, которое через время задержки т достигнет базы транзистора третьей секции усилителя. Аналогично, с задержкой на величину т происходит возбуждение транзистора четвертой секции.

Коллекторный ток каждого транзистора, как в общеизвестных схемах УРУ, создает в коллекторной линии две волны, одна из которых распространяется в сторону сопротивления 34 (прямая волна), а другая в сторону соиротивления 28 (обратная волна). Если время задержки коллекторной искусственной длинной линии между коллекторами соседних транзисторов составляет т, то имеет место синфазное сложение прямых волн в сопротивлении 34.

Волновые сопротивления отрезков длинной линии 9, 17, 20 (и им иодоб 1ых при большем числе секций в усилителе), а также сопротивление 22 обратной связи в цепи эмиттера транзистора последней (четвертой) секции усилителя, в общем случае могут быть выбраны различными. В случае их равенства, в силу извест П)1х свойств эмиттерного повторителя, наблюдается некоторое уменьшение напряжения возбуждения последующих транзисторов, правда весьма незначительное, так как крутизна транзисторов, как правило, очень велика. При определенной структуре этих отрезков длинной линии, благодаря усилительным свойствам эмиттерного повторителя, может быть не только выравнено напряжение возбуждения всех транзисторов каскада, но может быть получено даже увеличение мощности возбуждения последующих транзисторов.

Предмет изобретения

Усилитель с распределенным усплепием на транзисторах по схеме с общим эмиттером, содержащий выходную искусственную длинную линию, к отводам которой подключены коллекторы транзисторов, отулчающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента усиления, база каждого последующего транзистора подключена к эмиттеру предыдущего транзистора через отрезок искусственной длинной линии, время задержки которого выбрано равным времени задержки соответствующего участка выходной искусственной длинной линии.

I №/зёвя секции вторая секция Гретья 29 -У- I , /L ceкцu, )ерл1ая секция I1 М