Активные высокочастотные фильтры.

Активные высокочастотные фильтры.

Новый подход при разработке и проектировании.

(продолжение)

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

к.т.н., доцент УТОЧКИН Геннадий Васильевич

3.2. Разработка и исследование невзаимных ВЧ фильтров на основе кольцевых

структур ОПИ.

      Невзаимные ВЧ АФ относятся к группе необратимых четырехполюсников, не подчиняющихся известному принципу взаимности. Отличительной особенностью невзаимных АФ является разделение иммитансов нагрузки и генератора проходной проводимостью фильтра, что дает возможность значительно снизить требования к стабильности преобразований и повысить устойчивость АФ в целом. Кроме этого, если взаимный АФ не выполняет функции усиления сигнала, то, как правило, невзаимные АФ сочетают в себе наряду с функцией избирательности еще и функцию усиления сигнала. В связи с этим анализ схем невзаимных АФ целесообразно проводить с позиции избирательного усилителя.

     Все схемы невзаимных АФ удобно условно разбить на два класса: высокодобротные АФ с реализуемой нагруженной добротностью больше 10 и широкополосные АФ с повышенной избирательностью ( Q<10). В дальнейшем рассмотрение и анализ невзаимных АФ будет производиться в соответствии с данной классификацией.

3.2.1. Разработка и исследование высокодобротных АФ ВЧ диапазона

     Один из вариантов высокодобротного АФ, созданного авторами на основе кольцевой структуры ОПИ приведен на рис. 3.8.

      В данном случае кольцевая структура образована введением разделительного конденсатора С3, который по высокой частоте соединяет эмиттер транзистора VT2 с базой транзистора VT1. Указанные транзисторы в области рабочих частот АФ выполняют функции преобразователя иммитансов. Конденсаторы С1, С4, и С5 - разделительные, а С2 - частотозадающий.

     Резисторы R1...R4 с одной стороны обеспечивают требуемый режим работы по постоянному току, а с другой стороны - влияют на процесс преобразования соответствующих иммитансов. В результате на выходе схемы образуется эквивалент высокодобротного параллельного колебательного контура. Эквивалентная схема фильтра для области рабочих частот приведена на рис. 3.9.

     С учетом нумерации узлов на рис. 3.9 получим следующую полную матрицу проводимостей анализируемого АФ:

     где Y-параметры с одним штрихом относятся к VT2,  без штриха  - к VT1;   Y₁- проводимость резистора R3; Y_Z - суммарная проводимость, определяемая параллельным соединением резисторов R1, R4 и R5; Y_о- проводимость частотозадающего конденсатора  С2.

     Сопротивление источника сигнала учтено в Y- параметрах транзистора VT2 следующим образом:

             Y₂₁= -jω_т /[ω(r_б+R_г)];     Y₁₁ = 1/(r_б+R_г)

     Коэффициент передачи АФ по напряжению определяется по формуле:

                K_u=Δ₁₂/(Y_нΔ_11,12 + Δ₁₁)

        где Δ₁₁ - минор элемента Y₁₁ определителя   (3.22),

        Δ₁₂ - минор элемента Y₁₂ определителя   (3.22),

        Δ_11,12  - обобщенный минор элементов  Y₁₁ и  Y₁₂    определителя   (3.22).

      В результате несложных преобразований, можно получить следующее выражение для коэффициента передачи АФ:

                                       K_u=ω_т² - ω²g₁A+jω {[ω(ω_т[1-r_бg_z+g₁A]-ω²C2r_б[1+g₁A]}/B,

     где A=r_б+R_г

     B= ω²[g_н(2r_б+R_г)+A(g_z+g₁)(1+g_нr_б)]-ω_т² -jωω_т[1+g_нr_б+1+A(g₂+g₁)]

     g₁= Y₁= 1/R₃;      g_z= Y_Z

     Экспериментальные исследования схемы АФ рис. 3.8 (транзисторы VT1...VT3 - КТ316Д)  позволили получить следующие параметры: диапазон рабочих частот, МГц - 10...120; реализуемая величина добротности (при обеспечение требуемого запаса по устойчивости) - 25...50; коэффициент прямоугольности по уровню 0,1 - 5,3; коэффициент усиления по напряжению - 35 дБ; верхний предел линейного участка динамического диапазона по входному сигналу, дБ/В -  -40; нелинейность фазовой характеристики в пределах полосы пропускания по уровню -3 дБ, град. - 1,5;  относительное изменение резонансной частоты при изменении напряжения питания на 10% - 0,043.

Начало статьи

Продолжение следует.