Методика измерения коэффициентов и расчета параметров нелинейности ВЧ усилителей

Методика измерения

Рассмотренные выше коэффициенты нелинейности, как отмечено, измеряются т.н. двухсигнальным методом: подают на вход усилителя на ПТ или БПТ два равных сигнала U₁ и U₂ с частотами f₁ и f₂, находящими-ся в полосе пропускания диапазонного полосового фильтра (BPF) усили-теля. На выходе усилителя образуются т.н. равные интермодуляционные ПНП второго f₁ ± f₂ или третьего 2 f₂ - f₁; 2 f₁ - f₂ порядков, которые непо-средственно отображаются и измеряются на экране анализатора спектра (рис. 2).

Рис. 3. Слева - зондирующие частоты f₁ и f₂ должны быть в полосе BPF пропускания УВЧ, чтобы ПНП 3-го порядка 2 f₂ - f₁; 2 f₁ - f₂ также находились в этой полосе; справа – вид частот на экране анализатора. Комбинационные помехи второго порядка f₁ ± f₂ не показаны, так как находятся вне полосы пропускания усилителя.

Расчет параметров нелинейности

Однако эти коэффициенты, как видно из формулы (1), зависят от уровня сигнала U_C, поэтому не могут однозначно характеризовать нели-нейные свойства усилителя, в связи с чем введены так называемые па-раметры нелинейности H₂ и H₃, которые однозначно определяются в УВЧ формой нелинейной зависимости коэффициента усиления К_ус от управляющего напряжения усилительного прибора (УП) - базе, затворе транзистора, то есть полностью определяются внутренней структурой УП:

где B₀, B₀^’, B₀^’’ — значения полинома, аппроксимирующего эксперимен-тальную характеристику коэффициента усиления, его первой и второй производной, в функции от напряжения на входном зажиме УП например на затворе U_зи полевого транзистора (ПТ).

Следовательно, однозначная оценка нелинейных свойств усилителя определяется на основе коэффициентов A₀, A₁, A₂ и т.д. теоретического полинома B₀, аппроксимирующего экспериментальную характе­ристику K_УС коэффициента усиления.

Таким образом, достаточно найти параметры нелинейности H₂ и H₃ во всем диапазоне управляющих напряжений смещений (базе БПТ, затворе ПТ и т.д.) и определить упомянутые k₂ и k₃ .

Более того, полученные зависимости H₂ и H₃ в функции от U_зи позво-ляют избавиться от многократных измерений для выбора оптимального режима транзистора, при котором k_{2 ↓}, k_{3 ↓,} и H₂ и H₃ близки к нулю, а коэффициент усиления К_ус ≈ B₀ достаточно высок. Типичные зависимости K_ус, B₀ и H₃ для усилителя радиочастоты на ПТ типа 2 П902А показаны на рис. 4 [2].

Рис. 4. Экспериментальная К _{ус (}пунктир) и теоретическая В_о. а также Н₃ в функции от смещения U_зи в ВЧ ЭУ на полевом транзисторе ПТ 2П902А

Из рис. 4 видно, что оптимальный режим соответствует U_{зи опт} ≈ 2,5 В, при этом H₃ близко к нулю, а B₀ (или K_ус ) достаточно высок (K_ус ≈ 20).