Предлагаемая вниманию советского читателя книга профессора Р Карсона посвящена методам расчета высокочастотных транзисторных усилителей и является обобщением курса лекций, прочитанных им в Университете Миссури-Ролла и Инженерном Центре в Сент-Луисе.
Основное содержание книги и побудительные причины к ее написанию с исчерпывающей полнотой раскрыты в предисловии автора. Поэтому остановимся лишь на той ее особенности, которая, как справедливо отмечает и сам автор, представляет наибольший интерес.
Совершенно очевидно, что этой особенностью книги является изложение материала на основе широкого использования диаграммы Смита — Вольперта. Советским специалистам, особенно занимающимся техникой СВЧ, диаграмма Смита — Вольперта, конечно, хорошо известна. Предложенная Смитом (Smith P. H. Transmission line calculator. Electronics, 1939. Jan., v. 12, № 1, p. 29—31) ,и одновременно А. Р. Вольпертом (описана в 1940 г.) эта диаграмма получила широкое применение при расчете характеристик линий передачи и СВЧ устройств самого различного назначения. Без преувеличения можно утверждать, что на ней воспитано целое поколение специалистов в области ВЧ и СВЧ как за рубежом, так и в СССР. ,
Начиная с 60-х годов эта диаграмма стала успешно применяться и при разработке цепей с различными активными элементами, например, параметрических и транзисторных усилителей. Какова же ее роль на современном этапе развития методов проектирования ВЧ и СВЧ устройств, характерной особенностью которого является все 'более широкое внедрение машинных методов оптимального синтеза? Ответ, как нам кажется, следующий. Уступая машинным методам в точности получаемых результатов, диаграмма обладает по меньшей мере тремя замечательными свойствами: доступностью, наглядностью и информативностью. Совокупность этих трех качеств делает ее применение особенно эффективным на начальной стадии проектирования, т. е. на стадии рассмотрения упрощенной модели, не отягченной множеством второстепенных конструктивных подробностей. . Конечно, сказанное справедливо только для тех задач, которые в принципе могут быть решены с помощью диаграмм.
nuApooHO с диаграммами и, в частности, с диаграммой Смита — Вольперта читатель может ознакомиться по книгам В. И. Сушкевича «Нерегулярные линейные волноводные системы» («Сов. радио», М., 1967) и Ф. Смита «Круговые диаграммы в радиоэлектронике» («Связь», М., 1976). Однако эти книги посвящены -вопросам применения диаграммы для анализа только пассивных цепей. Предлагаемая читателю книга Р. Карсона на примере расчета ВЧ транзисторных усилителей раскрывает возможности применения диаграмм при проектировании активных цепей, тем самым восполняя существующий пробел.
Безусловно, книга Р. Карсона далеко не исчерпывает всего круга проблем, возникающих при создании ВЧ транзисторных усилителей. Автор и не претендует на полноту охвата этой актуальной темы. Его книга будет практическим пособием, но не столько для студентов, сколько для радиоинженеров и аспирантов. Желающим более глубоко изучить технику расчета ВЧ и СВЧ транзисторных усилителей можно дополнительно порекомендовать книгу известного советского специалиста Н. 3. Шварца «Линейные транзисторные усилители СВЧ» («Сов. радио», М, 1980).
На наш взгляд, некоторые разделы книги можно было бы сократить или даже исключить без ущерба для основного содержания, например, разделы, посвященные направленным ответвите-лям, или исторические экскурсы в части определений понятий добротности и параметров рассеяния. Однако в целом книга написана лаконично, на уровне отечественной высшей школы.
В заключение отметим несомненные достоинства книги — простой стиль изложения, в чем есть и заслуга канд. техн. наук В. Ф. Ткаченко, выполнившего ее перевод на русский язык, а также большое число иллюстраций и примеров с очень подробными решениями, что делает излагаемые автором методы проектирования особенно наглядными.
'. техн. наук В. Р. Магнушевский
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
В настоящей книге изложены принципы и методы, применяемые при анализе и разработке высокочастотных усилителей. Она предназначается в основном в качестве учебного пособия для студентов электротехнических учебных заведений и аспирантов, но может быть полезна в практической инженерной работе как источник информации о высокочастотных усилителях. В книге сделан упор на использование диаграммы Смита и параметров рассеяния, которые являются основополагающими для анализа и расчета в данной области техники.
Предлагаемое пособие отличается от других книг по электронным цепям тем, что развивает метод диаграммы Смита применительно к практическим задачам проектирования. Диаграмма Смита является частью графического наследия электротехники, однако студенты сравнительно мало знают о возможностях ее применения для расчета электронных схем. Подготовка материала по приложениям диаграммы Смита была одним из наиболее благодатных аспектов написания этой книги. Материал собран из многих источников; он был объединен и проиллюстрирован многочисленными примерами.
В гл. 1 рассматриваются параметры транзистора как четырехполюсника и их преобразование. Обсуждается полезность неопределенной матрицы проводимостей для расчета параметров различных схем включения транзистора. В качестве дополнительного метода определения параметров при изменении конфигурации приводится метод исчисления отклонений. Критерии активности и пассивности выражаются в терминах полных проводимостей, максимальная частота генерации определяется для высокочастотной гибридной П-образной модели транзистора.
В гл.^ 2 рассматриваются полные сопротивления и усилительные свойства линейного активного транзистора с оконечными нагрузками на входе и выходе, а также выражения для входного и выходного иммитансов через обобщенные параметры. Обсуждаются устойчивость и неустойчивость, а также выводятся' критерии абсолютной устойчивости и анализируется их связь с обобщенными параметрами. Исследуется однонаправленный коэффициент усиления по мощности, настраиваемость и полоса пропускания.
Предисловие редактора перевода......., , .
Предисловие автора . . ........."
Глава первая. Параметры транзисторов......
1.0. Введение............,
1.1. Параметры транзистора как четырехполюсника.....\
1.1.1. [г]-параметры разомкнутой цепи.........
1.1.2. [у]-параметры при коротком замыкании......
1.1.3. Гибридные [Л]-параметры..........\
1.2. Неопределенная матрица проводимостей.........
1.3. Исчисление отклонений.............
1.3.1. Правила исчисления отклонений.........
1.3.2. Преобразование параметров транзистора.......
1.4. Активность и пассивность............
1.5. П-образная гибридная модель транзистора........
1.5.1. Упрощенная П-образная гибридная модель......
1.5.2. Неопределенная матрица проводимостей П-образной гибридной модели ................
1.5.3. Максимальная частота генерации.........
Задачи ......... ..........
Глава вторая. Устойчивость усилителя и его расчет ....
2.0. Введение.................
2.1. Сущность отрицательного сопротивления........
2.2. Устойчивость и неустойчивость...........
2.3. Условия абсолютной устойчивости..........
2.3.1. Коэффициент устойчивости по Линвиллу.......
2.4. Коэффициенты усиления по мощности.........
2.4.1. Фактический коэффициент усиления по мощности .
2.4.2. Реализуемый коэффициент усиления по мощности . . ¦ •
2.4.3. Обобщенные соотношения......-...••
2.5. Однонаправленный коэффициент усиления по мощности .
2.6. Настраиваемость.............•
2.7. Широкополосность..............
Задачи ............... .....
Глава третья. Вспомогательные средства для расчета цепей
3.0. Введение...............
3.1. Диаграмма Смита..............
3.1.1. Обратные иммитансы........¦
3.1.2. Отрицательные сопротивления........
3.2. Согласование иммитансов........"
3.2.1. Прочие согласующие цепи.......•
Несимметричная полосковая линия передачи....... 71
3.3.1. Согласование иммитансов с помощью несимметричной полоско-
вой линии передачи............. 74
>чп ,.................. 78
Глава четвертая. Однонаправленные усилители..... 80
4.0. Введение................. 80
(4.1. Каскодная схема............... 81
4.2. Некоторые соотношения для цепей.......... 83
4.2.1. Q................. 83
4.2.2. Последовательно-параллельные преобразования..... 84
Полоса пропускания.............. 90
1.4. Оптимальные оконечные нагрузки при заданной полосе пропускания . 92
¦ 5. Коэффициент усиления по мощности на диаграмме Смита ... 95
6. Коэффициент усиления по току и напряжению на диаграмме Смита . 98
адачи................... 101
лаза пятая. Расчет высокочастотных усилителей..... 103
р.0. Введение................
. Зависимость коэффициента усиления по мощности от полной проводи
мости нагрузки на диаграмме Смита......... 103
Ц.2. Настраиваемость............... 108
3. Входная полная проводимость на диаграмме Смита..... 109/
5.3.1. Прямая для GBx = 0............. 112
5.3.2. Нормированная входная полная проводимость..... 114
4. Расчет схем с потенциально неустойчивыми транзисторами . . . 117
5.4.1. Метод рассогласования............ 119
5.4.2. Неустойчивость, обусловленная цепью эмиттера..... 127
|адачи.................. . 135
Глава шестая. Параметры рассеяния . . . . . . - . '. . 138
J6.0. Введение................. 138
вухполюсник................ 140
i.2. 2/1-лолюсник................. 142
Нормированные параметры рассеяния......... 145
6.3.1. Преобразования параметров.......... 147
Вычисление параметров рассеяния .......... 148
Физический смысл.............. 156
Потенциальная неустойчивость........... 158
Измерение параметров рассеяния.......... 159
6.7.1. Направленные ответвители........... 162
Неопределенная матрица рассеяния.......... 164
Активность и пассивность ............ 166
'ЭДачи................... 167
|; л а в а седьмая. Расчет усилителей с помощью параметров рассеяния 170
•О- Введение................. 170
•'¦ Вычисление обобщенных параметров рассеяния...... 170
7.2. Однонаправленный усилитель . . ,.....,,, 172
7.2.1. Случай A: ]Si,|
7.2.3. Расчет полосы пропускания.......... 182
7.2.4. Коэффициент однонаправленности....... 186
7.3. Неоднонаправленный усилитель......, . , , , 187
7.3.1. Условия абсолютной устойчивости . 188
7.3.2. Окружности для коэффициентов усиления по мощности , . 192
7.3.3. Одновременное сопряженное согласование...... 196
7.3.4. Расчет усилителей на потенциально неустойчивых транзисторах 198
Задачи ........ ,...,,.,... 201
Приложение А. Обобщенные параметры рассеяния...... 203
Приложение Б. Неравенства для параметров рассеяния..... 209
Список литературы................ 210
Предметный указатель............... 212
