ПРЕДОКОНЕЧНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ
INTERMEDIATE FREQUENCY DRIVER AMPLIFIER

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к усилителям промежуточной частоты, которые могут быть использованы в качестве буферного усилителя "малой" мощности в приемо-передающих устройствах радиоэлектронной аппаратуры. Предоконечные усилители промежуточной частоты устанавливаются перед оконечными усилителями, которые обеспечивают получение максимальной выходной мощности, и обеспечивают уменьшение значения обратного коэффициента передачи. В качестве предоконечных усилителей промежуточной частоты понимаются линейные, работающие в режиме класса-А усилители, с большим динамическим диапазоном, с нормированным коэффициентом шума, широкополосные многооктавные, с заданными, чаще всего 50-омными, входным и выходным сопротивлениями.
Из уровня техники известен патент США №3426298, кл. 333-10, 1969 г. Под рабочей полосой промежуточных частот, применительно к рассматриваемому усилителю, понимаются частоты диапазонов ВЧ-СВЧ, примерно от 1 до 500 МГц. Кроме того, к предоконечным усилителям промежуточной частоты в рабочей полосе частот предъявляются, в частности, требования обеспечения заданных значений коэффициента усиления и линейной выходной мощности, и что особенно свойственно буферным усилителям, позволяющим максимально уменьшить связь между генератором и нагрузкой усилителя, минимальных значений КСВН входа, выхода и обратного коэффициента передачи. Кроме этого буферный усилитель должен быть абсолютно устойчивым в полосе частот, значительно превышающей рабочую полосу частот, для того чтобы обеспечить возможность включения усилителя между любыми устройствами, имеющими вне полосы пропускания коэффициент отражения, близкий к единице, например между фильтрами. Типичные значения предельных параметров биполярных СВЧ транзисторов средней мощности составляют: по току коллектора - 50 мА, по напряжению коллектор-эмиттер - 15 В. Сопротивление коллекторной нагрузки, реализующей максимальную отдаваемую мощность, составляет примерно 2500 м. Таким образом, обязательным элементом указанного выше усилителя, применяемого в линии передачи с волновым сопротивлением 50 Ом, является широкополосный трансформатор с коэффициентом трансформации 2 или 3, трансформирующий сопротивление 50 Ом в соответственно 200 Ом или 450 Ом.
Известен усилитель, который выполнен на биполярном СВЧ транзисторе средней мощности, в котором 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 (см. «Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике», Э.Ред, пер. с немецкого, М., Мир, 1990 г., стр.57-60, рис.1.69-1.74). Благодаря малым потерям цепей отрицательной обратной связи обеспечивается низкое значение коэффициента шума усилителя. Формирование значений входного и выходного сопротивлений усилителя осуществляется путем трансформации 1:1 сопротивлений соответственно нагрузки и генератора. То есть входное сопротивление усилителя равно сопротивлению нагрузки, а выходное сопротивление усилителя равно сопротивлению генератора. Это свидетельствует о большом значении обратного коэффициента передачи. Такой усилитель не может использоваться как буферный. Трехобмоточный трансформатор, используемый в усилителе, имеет большие значения коэффициентов трансформации, и кроме этого значения коэффициентов трансформации обмоток исходя из требования обеспечения входного и выходного сопротивлений принципиально имеют не целочисленные значения. В результате чего трудно обеспечить малые значения индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, что сужает полосу рабочих частот усилителя.
Известен усилитель, который может быть использован в оконечных усилителях мощности широкополосных систем связи, содержащий транзистор, резисторы, дроссели (см. патент США №3391934, 1975 г.).
Этот усилитель обеспечивает расширение рабочей полосой промежуточных частот, повышение линейности, однако он не обеспечивает уменьшение значения обратного коэффициента передачи.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является предоконечный усилитель промежуточной частоты, который содержит транзистор, трехобмоточный трансформатор, резисторы (патент США №3426298, кл.333-10, 1969 г.).
Усилитель обеспечивает расширение полосы рабочих частот, повышение линейности, а также уменьшение значения обратного коэффициента передачи. Однако он имеет недостаточно широкую полосу рабочих частот и недостаточное значение линейности и обратного коэффициента передачи усилителя.
Задачей, на решение которой направленно изобретение, является улучшением его эксплуатационных характеристик и расширение арсенала технических средств указанного назначения.
Техническими результатами при реализации изобретения являются уменьшение значения обратного коэффициента передачи, расширение полосы рабочих частот, повышение линейности.
Влияние на достижение указанных технических результатов оказывают следующие существенные признаки: в предоконечном усилителе промежуточной частоты, содержащем транзистор, трехобмоточный трансформатор, обмотки которого соединены последовательно, и первый резистор, содержится первый, второй, третий, четвертый и пятый дроссели, второй и третий резисторы, причем первый вывод первого дросселя является входом усилителя, второй вывод первого дросселя подключен в точку соединения базы транзистора и первого вывода второго дросселя, второй вывод второго дросселя соединен с первым выводом первого резистора, к коллектору транзистора подключен вывод начала первой обмотки трехобмоточного трансформатора, в точку соединения выводов конца второй и начала третьей обмотки трехобмоточного трансформатора подключены первые выводы четвертого и пятого дросселей, второй вывод четвертого дросселя соединен с первым выводом третьего резистора, вывод конца третьей обмотки трехобмоточного трансформатора подключен в точку соединения вывода эмиттера транзистора и первого вывода третьего дросселя, второй вывод третьего дросселя подключен к первому выводу второго резистора, вторые выводы первого резистора, второго резистора и третьего резистора подключены к корпусу усилителя, а вывод пятого дросселя является выходом усилителя.
Отличительными признаками в предлагаемом предоконечном усилителе промежуточной частоты от прототипа является наличие первого, второго, третьего, четвертого и пятого дросселя, второго и третьего резистора, причем первый вывод первого дросселя является входом усилителя, второй вывод первого дросселя подключен в точку соединения базы транзистора и первого вывода второго дросселя, второй вывод второго дросселя соединен с первым выводом первого резистора, к коллектору транзистора подключен вывод начала первой обмотки трехобмоточного трансформатора, в точку соединения выводов конца второй и начала третьей обмотки трехобмоточного трансформатора подключены первые выводы четвертого и пятого дросселей, второй вывод четвертого дросселя соединен с первым выводом третьего резистора, вывод конца третьей обмотки трехобмоточного трансформатора подключен в точку соединения вывода эмиттера транзистора и первого вывода третьего дросселя, второй вывод третьего дросселя подключен к первому выводу второго резистора, вторые выводы первого резистора, второго резистора и третьего резистора подключены к корпусу усилителя, а вывод пятого дросселя является выходом усилителя. Необходимо отметить, что особенностью усилителей промежуточной частоты является то, что трудно получить малые значения индуктивностей рассеяния трансформатора, а это сужает полосу рабочих частот усилителя, то есть усилители имеют недостаточно широкую полосу рабочих частот и недостаточную линейность. Оконечная часть электрической схемы усилителя промежуточной частоты обеспечивает получение максимальной выходной мощности, и ее выполнение раскрыто в патенте РФ №2349022. А уменьшение значения обратного коэффициента передачи обеспечивает предоконечная часть схемы. Каждая из частей обеспечивает расширение полосы рабочих частот, повышение линейности. Таким образом, на выходе усилителя при последовательном соединении предоконечной и оконечной преобразующей схемы происходит значительное увеличение эксплуатационных характеристик.
На фиг.1 представлена схема предоконечного усилителя промежуточной частоты.
Предоконечный усилитель промежуточной частоты, в дальнейшем - усилитель, содержит первый резистор 1, второй резистор 2, третий резистор 3, транзистор 4, трехобмоточный трансформатор 5, первый дроссель 6, второй дроссель 7, третий дроссель 8, четвертый дроссель 9 и пятый дроссель 10. Обмотки трехобмоточного трансформатора 5 соединены последовательно. Усилитель выполнен на биполярном СВЧ транзисторе 4 средней мощности по схеме с общим эмиттером. Первый вывод первого дросселя 6 является входом усилителя, выполненным в виде клеммы. Второй вывод первого дросселя 6 подключен в точку соединения базы транзистора 4 и первого вывода второго дросселя 7. Второй вывод второго дросселя 7 соединен с первым выводом первого резистора 1. В цепь коллектора транзистора 4 включен трехобмоточный трансформатор 5. Обмотки трансформатора 5 соединены последовательно и имеют одинаковое число витков. В точку соединения выводов конца второй и начала третьей обмотки трехобмоточного трансформатора 5 подключены первые выводы четвертого 9 и пятого 10 дросселей, а второй вывод четвертого дросселя 9 соединен с первым выводом третьего резистора 3. Вывод конца третьей обмотки трехобмоточного трансформатора 5 подключен в точку соединения вывода эмиттера транзистора 4 и первого вывода третьего дросселя 8. Второй вывод третьего дросселя 8 подключен к первому выводу второго резистора 2, второй вывод второго резистора 2 подключен к корпусу усилителя. Вторые выводы первого резистора 1 и третьего резистора 3 также подключены к корпусу. Вывод пятого дросселя 10 является выходом усилителя, выполненным в виде клеммы.
Усилитель работает следующим образом. Переменное напряжение входного сигнала с входной клеммы усилителя поступает через цепь, состоящую из первого дросселя 6, второго дросселя 7 и первого резистора 1, на базу транзистора 4. Затем напряжение сигнала усиливается транзистором 4 и поступает на выходную обмотку трехобмоточного трансформатора 5.
Трехобмоточный трансформатор 5, обмотки которого соединены последовательно и имеют одинаковое число витков, обеспечивает требуемое значение сопротивления коллекторной нагрузки транзистора 4. Для того чтобы усилитель был охвачен цепью общей отрицательной обратной связи, она состоит из первого резистора 1, первого дросселя 8 и трехобмоточного трансформатора 5, а вывод начала третьей, выходной, обмотки трансформатора 5 подключен к точке соединения входа третьего дросселя 8 и эмиттера транзистора 4. Первый дроссель 1 уменьшает неравномерность амплитудно-частотной характеристики усилителя в верхней части диапазона рабочих частот, вызванную влиянием индуктивностей рассеяния трехобмоточного трансформатора 5. Частотнозависимое сопротивление создают две цепи, которые состоят: первая - из первого резистора 1, первого дросселя 6 и второго дросселя 7, и вторая - из третьего резистора 3, пятого дросселя 10 и четвертого дросселя 9. Они обеспечивают в диапазоне рабочих частот получение требуемых значений соответственно входного и выходного сопротивлений усилителя.
После прохождения через трехобмоточный трансформатор 5 напряжение делится на две неравные части. Большая часть напряжения поступает через цепь, состоящую из четвертого дросселя 9, пятого дросселя 10 и третьего резистора 3, на выходную клемму усилителя, а меньшая часть напряжения, являющаяся сигналом отрицательной обратной связи, поступает на эмиттер транзистора 4. Благодаря наличию общей отрицательной обратной связи при одновременном уменьшении глубины местной отрицательной обратной связи, создаваемой только за счет первого резистора 2, обеспечивается уменьшение значения обратного коэффициента связи, повышается линейность усилителя и расширяется полоса рабочих частот усилителя.