Искусство схемотехники. Том 3 [Изд.4-е] - Пауль Хоровиц

Принцип «холодного управления». Всегда, когда только возможно, полезно избегать прохождения логического или аналогового сигнала через панель управления; это нужно, чтобы предотвратить возникновение перекрестных связей и затухание сигнала, которые в противном случае могут иметь место. Взамен выведения сигналов на переднюю панель, можно подать в схему управляющие сигналы постоянного тока от потенциометров, переключателей и т. п. оборудования, расположенного на передней панели. Это особенно важно при шумах, высокоскоростных сигналах или сигналах низкого уровня, поскольку сигналы управления постоянного тока могут быть отфильтрованы шунтирующими конденсаторами, в то время как для быстроменяющихся сигналов это недопустимо. Например, лучше использовать дополнительные вентили (мультиплексор), чем прогонять логический сигнал через переключатель, или для управления частотой с лицевой панели лучше использовать генератор, управляемый напряжением, чем перестраиваемый RC-генератор. Чтобы осуществить такое «холодное управление», понадобится незначительное дополнительное высококачественное оборудование, но будут обеспечены повышенная надежность и простота монтажа (не нужен будет, например, экранированный кабель).

Поиск деталей, необходимых для сборки электронной аппаратуры, может оказаться сложным делом. Большинство крупных поставщиков имеют плохо организованную торговую сеть, и это делает почти невозможным приобретение малых партий компонентов мелким покупателем. К счастью, крупные известные фирмы дают справки, где могут быть куплены нужные детали за наличный расчет. Занимаясь поисками, необходимо точно знать, чего вы хотите, количество деталей и изготовителя (для ИМС вы должны знать полное обозначение схемы, а не только изготовителя и тип).

Многие поставщики неохотно продают малые партии, поэтому покупатель тратит много сил на приобретение компонентов в количестве 5—10 штук. Добавим к этому, что поставщики обычно имеют только часть нужного вам ассортимента, и вы сталкиваетесь с необходимостью иметь дело с множеством кустарных поделок. На складах электронного оборудования (Radio Shack и др.) организована продажа небольшими партиями, но там имеется в наличии очень ограниченная номенклатура. Система оптовой торговли ориентирована в основном на крупных промышленных потребителей. Фирмы-изготовители предпочитают иметь дело с оптовиками, которые тесно с ними связаны, дают им расширенные каталоги и справочники и могут оказать влияние на цены.

Особая осторожность необходима при покупке ИМС. Многие типы ИМС выпускаются без 100 %-ной проверки. Вместо этого проверяется один образец из каждой партии, и вся партия бракуется, если образец не отвечает стандарту. В результате вы можете случайно приобрести неисправный кристалл, выпущенный фирмой с хорошей репутацией. Как правило, следует ожидать, что примерно 0,1 % новых ИМС окажется непригодным. Это не очень страшно, так как в случае необходимости для обеспечения большей надежности вы всегда можете проверить все ИМС. Все изготовители испытывают свои ИМС, а некоторые (AMD, например) проводят 100 %-ную проверку всех ИМС.

Более серьезная проблема возникает, когда забракованные партии попадают в руки мелких торговцев. Очень часто встречаются подделки, так как машины, выпускающие ярлыки, стоят недорого. По нашему опыту, крупные поставщики (такие, как Arrow, Hamilton/Avnet, Newark, Schweber и Wyle) надежны, по крайней мере если судить по изделиям, действительно ими поставленным. Большинство торговых точек, по-видимому распространяют хорошие товары, но здесь есть элемент риска. Будьте подозрительны по отношению к ИМС без даты выпуска. Поскольку отыскание неисправных ИМС в схеме требует много сил и времени, рекомендуем вам покупать все ИМС у одного и того же поставщика, даже если цены будут относительно высоки. Тем не менее, две ведущие фирмы, чьими изделиями мы с успехом пользуемся, — то Digi-Кеу (богатый каталог; Thief River Falles, MN) и Microprocessors UnUmited (компьютерные чипы; Beggs, OK).

Глава 13

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ И БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ПРИБОРЫ

Высокочастотные усилители

Перевод И. И. Короткевич

В этой главе обсуждаются важные особенности техники высоких и радиочастот, в том числе эквивалентные схемы для высоких частот и быстродействующие ключи. Высокочастотные приборы находят широкое применение в области связи и радиовещания, а также в лабораторных установках для проведения радиочастотных измерений (резонансные явления, плазма, ускорители частиц и т. п.). Быстродействующие ключи являются неотъемлемыми элементами вычислительных машин и других цифровых устройств. Высокочастотные и быстродействующие приборы — это линейные и цифровые устройства, работающие в той области частот, где работа схем начинает определяться эффектами межэлектродных емкостей, индуктивностями проводов, накоплением зарядов и длинами волн. Благодаря таким причудливым конструкциям, как полосковые выводы, волноводы или приборы вроде диодов Ганна, клистронов и ламп бегущей волны, схемотехника в этой области частот существенно отличается от техники низких частот. Чтобы представить уровень наших возможностей, скажем, что промышленностью выпускаются цифровые ИМС (счетчики и т. п.), которые работают с импульсами частотой 3 ГГц и выше, а также элементы линейных схем (усилители и т. п.), которые работают на частотах выше 100 ГГц.

Мы начнем с обсуждения высокочастотных транзисторных усилителей как на биполярных, так и на полевых транзисторах и приведем несколько примеров. Затем перейдем к радиочастотным приборам, дадим общее представление о линиях связи и методах модуляции и детектирования. В конце мы более подробно рассмотрим быстродействующие ключи. В силу того, что эти вопросы носят узкоспециальный характер, эту главу при первом прочтении можно пропустить.

В усилителях, которые мы обсуждали выше (такие, как усилители с общим эмиттером и с резисторной коллекторной нагрузкой), коэффициент усиления снижается с ростом частоты сигнала, как правило, из-за действия паразитных емкостей нагрузки и соединительных проводов. На рис. 13.1 это показано пока в упрощенном виде.

Рис. 13.1.

Эффективная емкость между коллектором и землей Сн в сочетании с коллекторной нагрузкой Rн образует фильтр низких частот с постоянной времени RнСн. Эта эквивалентная схема приведена с учетом того, что для сигнала U+ то же самое, что и земля. В Сн входят емкости между коллектором и эмиттером, между коллектором и базой, а также емкость нагрузки: На частотах, приближающихся к f = 1/RнСн, усиление начинает быстро падать.

Уменьшение влияния емкости нагрузки. Простейшие методы уменьшения емкостной нагрузки заключаются в учете и уменьшении произведения RнСн, например:

1. Выбираются биполярные или полевые транзисторы с малой емкостью между электродами (как самих p-n-переходов, так и между внешними выводами); такие транзисторы обычно обозначаются как радиочастотные или ключевые транзисторы.

2. Нагрузка отделяется эмиттерным повторителем, что способствует уменьшению емкостной нагрузки на коллектор.

3. Уменьшается Rн. Если при этом Iк поддерживать постоянным, то коэффициент усиления падает из-за уменьшения gmRн. Вспомним, что для транзисторов gm =1/rэ или Iк (мА)/25 для усилителей с заземленным эмиттером. Чтобы сохранить коэффициент усиления постоянным при уменьшении Rн, необходимо увеличить ток коллектора, сохраняя U+ постоянным. Таким образом, fмакс ~= 1/RнСн и прямо пропорционально Iк/Сн, что вполне справедливо для больших токов, часто используемых в высокочастотных схемах.

Емкость нагрузки не только уменьшает коэффициент усиления усилителя на высоких частотах. Как мы упоминали выше (см. обсуждение эффекта Миллера в гл. 2), емкость обратной связи (Скб), будучи включенной между выходом и входом, может доминировать в спаде усиления на высоких частотах, особенно если полное сопротивление источника входного сигнала высоко. Чтобы определить, на каких частотах усиление начнет падать и как этого избежать, можно использовать относительно простую модель транзистора или ПТ. Как это делается, покажем на примере высокочастотного усилителя.