Разработка усилителей производится в два этапа: конструирование и экспериментальная доводка. Последняя почти всегда оказывается необходимой потому, что при конструировании невозможно полностью учесть паразитные связи, потери в контурах, влияние расположения деталей и соединительных проводов, разброса параметров транзисторов и других радиодеталей. Чем сложнее усилитель, чем больше в ием каскадов, чем больше его коэффициент усиления, тем сложнее экспериментальная доводка усилителя. Вместе с тем время, затрачиваемое на доводку (налаживание) уменьшается, чем больше факторов, определяющих работу усилителя, учтено при его расчете и конструировании, чем тщательнее и продуманнее его моитаж. В идеальном случае доводка усилителя может свестись к простому его испытанию. Наоборот, в неудачно сконструированном усилителе добиться удовлетворительных результатов удается только после длительного экспериментирования.

Сложность налаживания усилителя почти целиком определяется наличием в нем паразитных связей. Хорошо экранированный усилитель, в котором паразитные связи подавлены по всем возможным путям их возникновения, может быть настроен достаточно быстро. Усилитель с большим коэффициентом усиления, экранированный недостаточно или неверно, можно настраивать длительно и безрезультатно.

В предлагаемой вниманию читателей книге рассмотрены причины возникновения внешних паразитных связей в усилительных и радиоприемных устройствах, работающих на частотах до нескольких десятков мегагерц, рассказано о том, как устранить эти связи с помощью фильтрующих цепей и экранов рациональной конструкции, а также даны рекомендации по конструированию широкополосных усилителей и описана методика экспериментального подавления паразитных связей.

Отзывы по книге просим присылать по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзовая набережная, 10, издательство Энергия , редакция Массовой радлобцблиотеки.

1. ВЛИЯНИЕ ПАРАЗИТНЫХ СВЯЗЕЙ НА РАБОТУ УСИЛИТЕЛЕЙ

Под паразитной наводкой понимают передачу напряжения и тока из одной части радиоэлектронного устройства в другую или извне, не предусмотренную его схемой и конструкцией. Наводка возникает вследствие паразитной связи по электрическим цепям, образующимся в устройстве помимо желания его конструктора. Нередко паразитные наводки с выхода усилителя на его вход приводят к самовозбуждению усилителя и к изменению его параметров.

Рис. 1. Схема прохождения наводки.

При рассмотрении действия паразитных наводок приходится иметь дело с тремя функциональными элементами (рис. 1): источником наводимого напряжения; приемником наводимого напряжения; цепью паразитной связи между ними.

Чем больше уровень мощности источников наводки и чем выше входная чувствительность приемника наводки, тем вероятнее, что мелкие ошибки и упущения в конструкции и монтаже радиоэлектронного устройства приведут к возникновению наводок, нарушающих его нормальную работу.

При рассмотрении вопросов, связанных с паразитными наводками, необходимо учитывать, что наводимые напряжения и токи подчиняются общим законам электротехники, без каких-либо отклонений. Появляющиеся при этом трудности вызываются тем, что паразитные связи возникают между самыми различными частями устройства.

Паразитные связи в усилителях разбиваются на три группы.

К первой группе относятся связи, возникающие через усилительный прибор; их называют внутренними паразитными обратными связями. Влияние этих связей на работу усилителя зависит от проходной проводимости или емкости коллекторного перехода биполярного транзистора, емкости затвор-сток полевого транзистора или емкости управляющая сетка-анод электронной лампы, входной проводимости усилительного прибора, его коэффициента усиления по напряжению и полного сопротивления в цепи входного

злектрода. Подробный анализ внутренних паразитных обратных связей не входит в задачу настоящей книги; с ним можно познакомиться в работе [1].

Ко второй группе относят внешние паразитные обратные связи, возникающие вследствие несовершенного экранирования и развязывания отдельных каскадов усилителя. Каждый последующий каскад усилителя может влиять на предыдущие по различным цепям паразитной связи, совместное действие которых приводит к ненормальной работе усилителя. На одних частотах напряжение, наводимое по пара-

зитным цепям на вход усилите- ~77ZP 1 гт i J ля, находится в фазе с подаваемым извне, что увеличивает коэффициент усиления - действует положительная обратная связь. На других частотах наводимое напряжение находится в противофа-зе с подаваемым извне, что уменьшает усиление - действует отрицательная обратная связь.

На рис. 2, для примера, показано в утрированном виде изменение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя НЧ, вызванное паразитной обратной связью. По оси ординат отложено отношение коэффициента усиления К на данной частоте f к коэффициенту усиления Ко в области средних частот, а по оси абсцисс- частота /. Кривая А представляет собой характеристику, снятую при отсутствии паразитной обратной связи, при этом граничные частоты, отсчитываемые на уровне 0,7, будут: нижняя /hi = 100 Гц, верхняя /в1 =10 кГц. Кривая Б соответствует наличию положительной обратной связи в области нижних частот, вследствие действия которой нижняя граничная частота снижается до значения /н2=8 Гц, и отрицательной обратной связи в области верхних частот, вызывающей снижение верхней границы до /в2=5 кГц. Кривая В иллюстрирует влияние положительной обратной связи в области верхних частот, приводящей к повышению верхней граничной частоты до значения /вз=0,5 МГц.

К третьей группе относят внешние паразитные связи с источниками наводки, находящимися вне усилителя. Они приводят к тому, что на полезные сигналы, получающиеся на выходе усилителя, накладываются различного вида помехи. Так, например, паразитная связь основных цепей усилители с входящими в него проводами питающей электросети является причиной появления в громкоговорителе щелчков при любых включениях н выключениях в сети. В телевизоре очень вредной является паразитная связь усилителей с генераторами развертки; она приводит к накладыванию на звук фона.

2-671 5

Рис. 2. Искажение амплитудно-частотной характеристики усилителя низкой частоты.

/ - область нижних частот; 2 - область средних частот: 3 - область верхних Частот.

2. ЦЕПИ ПАРАЗИТНОЙ СВЯЗИ

Источник электромагнитной энергии (например, последний каскад усилителя) может быть связан с приемником этой энергии (например, первым каскадом усилителя) через соединительные провода, через электрическое, магнитное и электромагнитное поля.

Напряженность ближних электрического и магнитного полей в свободном пространстве обратно пропорциональна квадрату расстояния от элемента, возбуждающего поле. Напряженность электромагнитного поля излучения обратно пропорциональ- на первой степени расстояния. Напряже-Т Z Т] I ! конце проводной линии или вол-t>iu4 и р повода с увеличением расстояния умень-

\Г~\) гт у Q шается очень медленно, за исключением

случая стоячих волн в линии, когда небольшие изменения расстояния могут приводить к значительному увеличению или уменьшению напряжения. Из этой зависимости различных видов связи от расстояния между источником и приемником наводки следует, что при малых расстояниях действуют все четыре вида связи, с увеличением расстояния исчезают связи через ближние электрическое и магнитное поля, потом перестает влиять электромагниг-ное поле; на большом расстоянии влияет только связь по проводам и волноводам. Известны следующие виды паразитной связи.

Паразитная связь через общее полное сопротивление Zoem, т. е. сопротивление, входящее как в цепь источника, так и в цепь приемника наводки, относится к виду связей, возникающих через соединительные провода. Источник э. д. с. наводки fncT (рис. 3), обладающей внутренним сопротивлением Zhct, подключен к сопротивлению гоъщ, через него протекает ток величиной

£ист

Рис. 3. Схема паразитной связи через общее сопротивление.

/ ст =

падение напряжения на нем

Дистобщ 2ист + 2общ

и является входным напряжением приемника наводки.

Под коэффициентом паразитной связи понимают отношение Р= = 1/пр/£ист, показывающее, какая часть э. д. с. источника наводки попадает на приемник наводки. Из последнего выражения следует, что

2сбЩ

гист + гсбщ ист

Пренебрежение, сделанное во второй части этой формулы, допустимо, когда 2общ мало, а выходное сопротивление источника ист велико, что соответствует большей части практических случаев. Так, например, если 2:ист = 1 кОм, а 2оощ=1 Ом, то р=0,001. Как показано ниже, малое значение Р еще ие говорит о том, что данная связь несущественна.

о----II----

Паразитная емкостная связь относится к числу связей, возникающих через электрическое поле. Радиоэлектронный прибор обычно имеет металлический корпус, шасси или разветвленную шину, к которым присоединены непосредственно или через блокировочные конденсаторы все общие точки деталей усилителя. При этом значение переменного напряжения каждой точки прибора можно отсчитывать относительно его корпуса.

Если напряжение некоторой точки А (рис. 4) имеет значение £вст относительно корпуса, то в точке В, связанной с точкой А паразитной емкостью Спар, возникает наведенное напряжение t/np, величина которого определяется отношением емкостного сопротивления ХЕар = 1 (оСпар и полного сопротивления гцр между точкой В и корпусом. Значение i/np определяется выражением

Рис. 4. Схема емкостной паразитной связи.

= /-ИС1

.пр

2пр - j- Апар *

из которого следует, что напряжение, наведенное в точке В, тем больше, чем меньше Хдар и чем больше входное сопротивление приемника наводки Znp.

Из последнего выражения следует, что коэффициент паразитной емкостной связи

t/np ?np

£ист гпр + Хп&

V wCnapZnp.

л пар

Влияние паразитной емкостной связи тем больше, чем выше рабочая частота усилителя. Так, например, если Z p = l кОм и Спар = = 1 пФ, то на высшей граничной частоте усилителя НЧ, равной 10 кГц, коэффициент паразитной связи

Р = (оСпаргпр = 2п104.1012.103 = 6,3-105 0,0063%, т. е. весьма мал. В видеоусилителе высшая частота достигает 10 МГц и коэффициент паразитной связи увеличивается в 1000 раз, т. е. до значения р=6.37о.

Паразитная индуктивная связь относится к виду связей, возникающих через магнитное поле. В пространстве, окружающем лю-

ЦепьА

Цепь б

Рис. 5. Схема индуктивной паразитной связи.

бую цепь, по которой протекает электрический ток, возникает постоянное или переменное магнитное поле (в соответствии с видом тока).

Постоянное магнитное лоле не вызывает э. д. с. в находящихся в этом поле проводниках, а переменное возбуждает в них переменную э. д. с, величина которой с повышением частоты растет. Если такой проводник является частью за-