Kaskodenverstärker. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Kaskoden-Hochfrequenzverstärker werden in modernen Schaltkreisen häufig verwendet, da sie eine Reihe von Vorteilen und vor allem eine hohe Beständigkeit gegen Selbsterregung bieten. Die Zeitschrift „Rvdio“ hat wiederholt Beschreibungen solcher Verstärker und Geräte, die sie verwenden, veröffentlicht. Wir präsentieren unseren Lesern ein weiteres Merkmal im Erscheinungsbild eines klassischen QVSC-Verstärkers.

Bekannte Kaskodenverstärker haben meist eine relativ niedrige Eingangsimpedanz und sind oft recht komplex, auch im Aufbau. Auch die Einführung eines automatischen Verstärkungsreglers (AGC) ist nicht immer einfach.

Der in [1] beschriebene Kaskodenverstärker (Abb. 7.13) weist diese Nachteile nicht auf. Es wird nach einer Common-Source-Common-Emitter-Schaltung unter Verwendung eines „Stromspiegels“ (Abb. 1) und einer Gleichstromkopplung der Stufen hergestellt. Die Verwendung eines angepassten Transistorpaars VT2, VT3 im „Stromspiegel“ ermöglicht es, den Verstärker hinsichtlich der Temperaturstabilität nahezu auf das Niveau der Stufe des Feldeffekttransistors VT1 zu bringen und dessen volle Nutzung zu ermöglichen Versorgungsspannung erweitert den Amplitudenverlauf deutlich. Die Linearität des Verstärkers als Ganzes hängt stark von der Linearität des FET ab und kann, wie unten gezeigt, verbessert werden.

Auch die Regelcharakteristik des Verstärkers weist einige positive Eigenschaften auf, insbesondere ist sie linearer, was typisch für Stufen auf Basis von Feldeffekttransistoren ist. Die Verstärkungsregelung im Gerät lässt sich leicht implementieren, indem man beispielsweise den Widerstand R1 durch den Kollektor-Emitter-Abschnitt eines Bipolartransistors ersetzt oder den Feldeffekttransistor VT1 entlang der Gate-Schaltung schließt.

Der Eingangstransistor VT1 stellt die erforderliche Eingangsimpedanz bereit und belastet den Eingangsbandpassfilter L1C1 nicht. Die niedrige Eingangsimpedanz des „Stromspiegels“ eliminiert praktisch parasitäre Mitkopplungen im Verstärker und ermöglicht das Einschalten der Resonanzlast L2C4 direkt an ihrem Ausgang. Zu den positiven Faktoren gehört die Tatsache, dass die Eingangs- und Ausgangsbandpassfilter an eine gemeinsame Leitung „gebunden“ sind, was die Kaskadierung von Verstärkern erheblich vereinfacht, beispielsweise wenn auf dieser Basis mehrstufige Zwischenfrequenzverstärker für Superheterodyn-Funkempfänger erstellt werden.

Die Linearität des Verstärkers insgesamt sowie die Linearität der Regelung sowie insbesondere die „Entkopplung“ können deutlich verbessert werden, wenn er nach einer Common-Source-Common-Base-Schaltung (Abb. 2) aufgebaut wird hierfür der einfachste HF-Trenntransformator T1 nach [2]. Beachten Sie, dass durch entsprechendes Einschalten des Transformators eine Phasenumkehr der Ausgangsspannung oder das Fehlen einer Magnetisierung des Magnetkreises sichergestellt werden kann. Auf Abb. 2 Transformator wird ohne Vorspannung eingeschaltet.

Für eine vergleichende Bewertung der Kaskodenverstärkeroptionen wurden digitale (mithilfe des ELECTRONICS WORKBENCH-Programms) und physikalische Modelle des Verstärkers und seines Prototyps unter Verwendung verfügbarer Funkkomponenten überprüft – Transistoren KP303B, KT361V und ein auf einen K7x4x2-Ferritring mit magnetischer Permeabilität gewickelter Transformator von 1500 mit zwei Wicklungen mit je 15 Windungen mit PEV-2 0,2-Draht [2]. Die Induktivität der Primärwicklung wurde instrumentell überwacht.

Als Bandpassschaltungen wurden Filter des ZF-Verstärkers des Transistorradios „Serenada-406“ verwendet. Es wurde keine Auswahl der Komponenten nach Parametern durchgeführt. Der von den Verstärkern verbrauchte Strom wurde nicht kontrolliert. Der Arbeitspunkt des Feldeffekttransistors wurde durch jahrzehntelange Widerstandsänderung des Widerstands R1 im Bereich von 100 Ohm...10 kOhm eingestellt. Die Messungen wurden mit einem S1-55 Oszilloskop durchgeführt.

Die Ergebnisse des Experiments sind in Abb. dargestellt. 3, die die Abhängigkeit der Verstärkung vom Widerstandswert des Widerstands R1 zeigt. Kurve 1 entspricht dem digitalen Verstärkermodell gemäß der Schaltung in Abb. 2; 2 - sein physikalisches Modell; 3 - physisches Modell des Prototyps (siehe Abb. 1). Die Verstärker arbeiten über den gesamten Dynamikbereich stabil und verzerrungsfrei. Die geringe Verstärkung ist auf den verringerten Ersatzwiderstand des Ausgangsbandpassfilters zurückzuführen.

Die Verstärkung einer Common-Source-Common-Base-Stufe (siehe Abb. 2) wird mit guter Genauigkeit durch das Produkt aus der Transkonduktanz des Feldeffekttransistors und dem Stromübertragungskoeffizienten des Bipolartransistors, gemessen am Arbeitspunkt, bestimmt und der äquivalente Widerstand des Bandpassfilters.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Verwendung eines Verstärkers mit einer Common-Source-Common-Base-Schaltung vorzuziehen ist, der bessere Parameter hinsichtlich Linearität, Verstärkung, Regelungstiefe (bis zum Schließen) und Herstellbarkeit aufweist. Dennoch sind alle Verstärker funktionsfähig, erfordern keine Anpassung und Auswahl von Transistoren (die Anpassung von Bandpassfiltern ist natürlich erforderlich) und lassen sich gut kaskadieren. Die Verstärkung kann sowohl über die Gate-Schaltung des Feldeffekttransistors (bei Nullleistung) als auch über die Source-Schaltung eingestellt werden, indem der Widerstandswert geändert wird, bis die Verstärker abschalten.

Literatur

1. Goroshkov B. I. Elemente radioelektronischer Geräte (Handbuch). - M.: Radio und Kommunikation, 1989.
2. Ed. E.T. Schaltung von Funkempfängern. Praktischer Leitfaden (Übersetzt aus dem Deutschen) - M.: Mir, 1989.

Autor: V.Guskov, Samara

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