Транзисторный усилитель высокой частоты

Одна из наиболее распространенных схем такого усилителя, применяемого в радиолюбительских конструкциях, приведена на рис. 1.

Резонансное сопротивление контура магнитной антенны имеет величину порядка сотен килоом, тогда как входное сопротивление транзисторного усилителя ВЧ примерно в тысячу раз меньше. Поэтому если вход УВЧ подключить к концам катушки контура магнитной антенны, то его избирательность сделается очень низкой, а напряжение сигнала будет очень малым. Чтобы сохранить избирательность контура магнитной антенны, на вход усилителя нужно подать только часть напряжения контура. Это можно осуществить, включая в цепь базы транзистора каскада УВЧ катушку L2, расположенную на ферритовом стержне рядом с контурной катушкой Lv.
Катушка L2 должна иметь примерно в 30 раз меньше витков, чем катушка Lv. Если это отношение будет значительно меньше, то заметно ухудшатся приемные свойства контура. При значительно большем отношении витков улучшится избирательность приемника, но ухудшится его чувствительность, так как чем меньше витков содержит катушка связи L2, тем меньше напряжение сигнала на входе усилителя. Если число витков катушки L2 выбрано правильно, то при напряженности поля 10—30 мв/м напряжение сигнала на входе усилителя ВЧ будет 100—300 мкв. Чтобы получить на входе детектора напряжение ВЧ не менее 20—30 мв, усилитель ВЧ должен обладать коэффициентом усиления по напряжению не менее 100—300. На практике необходимо иметь некоторый запас усиления, чтобы можно было компенсировать возможные изменения условий приема. Для любительских конструкций вполне достаточно иметь тройной запас. Это значит, что коэффициент усиления 300—900. Получить такое усиление можно с помощью двухкаскадного усилителя ВЧ.
В усилителе по схеме на рис. 1 первый каскад содержит транзистор резистор коллекторной нагрузки R3, переходный конденсатор С4, резисторы Ru, R2 и осуществляющие стабилизацию рабочего режима транзистора Тх. Усиленный первым каскадом сигнал поступает для дальнейшего усиления на вход второго каскада, элементы которого идентичны элементам первого каскада. В связи с этим ограничимся описанием работы только первого каскада.
Усиление каскада зависит от типа примененного транзистора и режима его работы. Транзистор даст значительное усиление, если его граничная частота передачи тока по крайней мере в 20 раз больше максимальной частоты усиливаемого сигнала ВЧ. Этому требованию удовлетворяют транзисторы П401-П403, П422, П423, ГТ309А - ГТ309В.
Для реализации усилительных возможностей транзистора необходимо, чтобы напряжение между коллектором и эмиттером было 2—9 в и постоянный ток коллектора 0,5—2,0 ма. При верхних пределах этих величин получается наибольшее усиление. Вместе с тем в целях экономии энергии источника питания целесообразно работать при малых токах и напряжениях. В нашем УВЧ выбран некоторый средний режим: напряжение коллектора 2,7—3,0 в, ток коллектора 0,8—0,9 ма. Режим транзистора устанавливается с помощью постоянных резисторов — R4.
Резисторы R± и R2 образуют делитель напряжения. Постоянное напряжение их общей точки относительно положительного полюса батареи составляет примерно 1/6 часть ее напряжения. Между эмиттером и плюсом батареи включен резистор R4, сопротивление которого примерно в 3 раза меньше сопротивления резистора R2. Ток эмиттера, проходя по резистору создает на нем падение напряжения, которое должно быть примерно на 0,1—0,2 в меньше падения напряжения на резисторе R2.
Напряжение на резисторе R2 составляет около 1,5 в. Следовательно, напряжение на эмиттере должно быть около 1,3—1,4 в. Сопротивление резистора R4 равно 1,5 ком, и поэтому ток эмиттера (по закону Ома) равен 0,86—0,93 ма.
Ток коллектора транзистора T7 создает на резисторе R3 падение напряжения (0,8—0,9 в)Х5,1 ком = 4,1—4,6 в. Следовательно, общее падение напряжения на резисторах Rs и Ri составит около 5,5—6,0 в, а между эмиттером и коллектором останется примерно 3 в. Этот режим практически не изменяется при изменении температуры и параметров транзисторов. Если по каким-либо причинам произойдет уменьшение тока эмиттера, то изменится падение напряжения на резисторе R4, а это вызовет изменение напряжения между базой и эмиттером транзистора. Вследствие этого ток в цепи базы увеличится. Увеличится и ток в цепи эмиттера, следовательно, изменения токов направлены так, что восстанавливают нарушенный режим. Проверка режимов работы производится путем измерения постоянных напряжений на электродах транзисторов. Измеренные значения могут отличаться от указанных на принципиальной схеме до 10—15%. Значительно большие отклонения говорят о неисправности транзистора или резисторов в данном каскаде. Напряжение сигнала поступает на вход усилителя через конденсатор С2, предупреждающий замыкание средней точки делителя RХЛ2 по постоянному току на плюс батареи через катушку L2. Для того, чтобы возможно большая часть напряжения с катушки связи поступала в цепь базы транзистора Тr, емкостное сопротивление конденсатора С2 на самой низкой частоте усиливаемого сигнала ВЧ должно быть значительно меньше входного сопротивления каскада. При минимальной частоте принимаемого сигнала 150 кгц (длина волны 2 000 м) конденсатор С2 может иметь емкость 3 300—6 800 пф. Резистор, включенный в цепь эмиттера, необходимо шунтировать конденсатором С3. Возможно применение конденсатора С3 емкостью 0,025 или 0,033 мкф. Коэффициент усиления каскада по напряжению зависит от значения коэффициента передачи тока транзистора и частоты усиливаемого сигнала. В среднем коэффициент усиления по напряжению первого каскада на частотах не выше 250—300 кгц (для волн длиннее 800 м) равен 10—40. На более высоких частотах наблюдается заметное уменьшение коэффициента передачи тока и как следствие снижение усиления.

Нагрузкой первого каскада по переменному току является входное сопротивление второго каскада, а нагрузкой второго входное сопротивление детектора, которое с учетом шунтирующего действия резистора R7 составляет около 2 ком. Коэффициент усиления по напряжению второго каскада мало зависит от коэффициента передачи тока примененного в нем транзистора и равен примерно 50. Таким образом, общее максимальное усиление по напряжению, равное произведению коэффициентов усиления каскадов, может составлять 500—1500. На рис. 2 приведены результаты измерений коэффициента усиления двух каскадов при различных коэффициентах передачи тока Р транзисторов типа П422. На этом рисунке видно, что в диапазоне ДВ усиление практически не зависит от частоты сигнала, а в диапазоне СВ уменьшается с увеличением частоты. Конденсаторы С2, С4 и С6 типа КДС и KJ1C. Возможно увеличение их емкости до 33 000 пф. Конденсаторы С3 и Сr типа МБМ или КЛС.