Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники, страница 2

В настоящее время почти все приемники строятся по схеме супергетеродина. Это объясняется тем, что, несмотря на кажущуюся сложность (наличие преобразователя частоты), супергетеродин реализовать проще, чем приемник прямого усиления, так как в неперестраиваемом усилителе промежуточной частоты проще получить высокое усиление и высокую избирательность, чем в перестраиваемом усилителе радиочастоты. Подробнее о каждом виде усилителей электрических колебаний рассказывается в соответствующих главах данной книги. К4. ПРНПь(ИПЬз а'СИЛКИе4й Рис. К7. Схема, обьясняющая прин пнп усиления с помощью злектрон ной лампы или транзистора Усиление электрических колебаний чаще всего осуществляется с помощью электронных ламп и транзисторов, принцнпы работы и характеристики которых будут подробно рассмотрены в дальнейшем.

Однако еще до подробного их изучения важно понять, почему электронная лампа или транзистор могут усиливать. Принцип усиления поясняет схема на рис. 1.7. Последовательно с источником питания с напряжением су включены два сопротивления: постоянное сопротивление нагрузки )7„ и изменяемое сопротивление )с . Роль изменяемого сопротивления играет электронная лампа или транзистор, которые под воздействием управляющего напряжения или тока, подводимого к входу усилителя (как условно показано на рис. 1.7 штриховой линией и стрелкой), изменяют сопротивление постоянному току. Изменение сопротивления может осуществляться в очень широких пределах без затраты энергии или при очень малой ее затрате.

В то же время мощность, выделяющаяся в нагрузке, может быть значия„ тельной. Электронная лампа или транзистор могут также выполнять роль ключа, рубильи- ника нли реле. Отсюда первое / л л название электронных ламп— вакуумные или электронные реле. Естественно, что скачкообразное изменение сопротивления лампы или транзистора (так называемый ключевой ре- жим их использования) позволяет получать на выходе также скачкообразное изменение напряжения. Чтобы выходное напряжение походило по форме на входное, требуется плавное изменение сопротивления лампы или транзистора, т.

е. необходим так называемый усилительный режим их использования. Если на вход усилителя подано синусоидальное напряжение (рис. 1.8,а), а управляющим электродом является сетка электронной лампы или база транзистора, то при отсутствии искажений на выходе появится напряжение, показанное на рис. 1.8,6. Из рис. 1.8 видно, что переменное выходное напряжение имеет противоположную фазу по сравнению с входным. Выходное напряжение усилителя не обязательно сдвинуто по отношению к входному на 180'.

Например, сдвиг исчезнет, если поменять местами сопротивления )т'„ и )г (см. рнс. 1.7). Однако для показанной на рнс. 1.7 схемы, являющейся аналогом наиболее распространенных схем транзисторных или ламповых усилителей, имеет место сдвиг на 180', потому что увеличение входного напряжения вызывает уменьшение сопротивления лампы или транзистора, а следовательно, и уменьшение напряжения на выходе. Из рис. 1.8 также видно, что изменение напряжения на выходе ограничено сверху напряжением источника, а снизу нулем.

Поэтому амплитуда выходного напряжения не может превышать половины напряжения источника. Но если полезную нагрузку включить через трансформатор или в качестве сопротивления нагрузки использовать настроенный колебательный контур, то бла- а) б б, су а, а, аб С, а иб, аг ае аб аб и Рис. 1.8. Входное и вмход|гое напряжения усилителя Рис. 1.9.

Параметрическое усиление: о — нзмененне емкостн колебательного контура усилителя, б — уснлнваемма снгвал; з нзмененне усвлвваемого навряжетея на конденсаторе беа учета затуканнв в контуре годаря очень малому сопротивлению постоянному току обмотки трансформатора или колебательного контура напряжение в рабочей точке увеличится почти до У„и максимальная амплитуда переменного выходного напряжения может достигать У„. Кроме указанных особенностей, а именно наличия фазового сдвига на 180' между входным и выходным напряжениями и ограничения амплитуды выходного напряжения, укажем следующие особенности схемы; один входной и один выходной зажимы имеют общую точку, которая соединена с источником питания.

Сопротивление в этой точке по отношению к чземле» малое, следовательно, один из полюсов входного и выходного напряжений является как бы заземленным; в основе принципа усиления лежит изменение сопротивления лампы нлн транзистора постоянному току; источником энергии, которую несет выходное напряжение, является источник питания, например батарея, показанная на рис. 1.7. Другими словами, усиление входного напряжения по существу представляет собой процесс управления той частью энергии, которая отбирается от источника постоянного тока.

Рассмотрим принцип параметрического усиления (рнс. 1.9). Параметрическим усилителем называется устройство, в котором усиление получается за счет энергии источника переменного тока. Такой источник энергии называют генератором накачки. Генератор накачки периодически изменяет значение реактивного параметра усилителя, т. е. индуктивность нли емкость. Например, можно осуществить параметрическое усиление сигнала, введенного в колебательный контур, изменяя емкость колебательного контура (рис.

1.9,а), настроенного на частоту сигнала, скачкообразно с частотой, в два раза превышающей частоту усиливаемого сигнала (рис. !.9,б). При этом напряжение на конденсаторе колебательного контура будет иметь внд, показанный на рис. 1.9, в. В моменты (ь (ь 1м ... емкость конденсатора контура уменьшается на ЛС. Заряд на конденсаторе 9=Сии где С вЂ” емкость конденсатора; и,— напряжение на конденсаторе. Заряд мгновенно измениться не может, поэтому в моменты уменьшения емкости напряжение на конденсаторе и, увеличивается.

В результате при каждом уменьшении емкости энергия электрического поля в конденсаторе увеличивается. Это увеличение происходит за счет работы, совершаемой для уменьшения емкости. Например, для механического раздвижения пластин конденсатора в целях уменьшения его емкости необходимо совершать механическую работу против снл притяжения электрических зарядов. Обычно емкость контура изменяют не механически, а электрически. Для этого параллельно конденсатору постоянной емкости подключают полупроводниковый диод, запертый с помощью приложенного к нему постоянного напряжения. Подав иа диод последовательно с постоянным напряжением переменное напряжение от генератора накачки, можно получить периодическое изменение емкости запертого диода.

Таким образом, генератор накачки выполняет работу, связанную с периодическим уменьшением емкости. НетРУдно заметить, что в моменты Гь 1з, гм ..., когда емкость увеличивается, работа не затрачивается, поскольку в эти моменты напряжение на конденсаторе равняется нулю 1см. рис, 1.9в). Параметрическим способом можно получить не только усиление, но и генерацию колебаний. Это видно из рис. 1.9,в, па котором амплитуда колебаний растет с течением времени. В действительности в усилительном режиме амплитуда с течением времени не растет, так как ее периодические скачкообразные возрастания компенсируются непрерывным затуханием колебаний вследствие потерь в контуре. Главное достоинство параметрического усилителя — малые шумы. Параметрические усилители применяются на сверхвысоких частотах.

Периодическое изменение реактивного параметра эквивалентно внесению в колебательный контур отрицательного сопротивления. Усиление колебаний за счет введения отрицательного сопротивления характерно не только для параметрических усилителей. Это свойство лежит, например, в основе работы усилителей на туннельиых диодах. Недостатками всех усилителей с отрицательным сопротивлением являются склонность их к генерации и трудность получения большого усиления в достаточно широкой полосе усиливаемых частот. В современной радиоэлектронике находят применение и другие принципы усиления.

Например, на сверхвысоких частотах, где большое внимание уделяется внутренним шумам усилителя, применяются малошумящие молекулярные (квантовые) усилители. 1Л. ПОМЕХИ И БОРЬБА С НИМИ В $1.3. упоминались акустические шумы. Наиболее эффективным средством борьбы с ними является изоляция микрофона при передаче и уха человека при приеме от воздействия на них акустических шумов. Например, радиовещание ведется из специальных звукоизолированных помещений, называемых студиями. Не менее трудной является борьба с посторонними электрическими колебаниями. Они называются электрическими помехами или шумами, так как после детектирования могут создавать мешающий шум.

Посторонние мешающие колебания принято называть шумом даже в том случае, когда результат их мешающего действия не проявляется в виде акустического шума. Из принципа радиопередачи следует, что радиосигналы всех действующих передатчиков излучаются передающими антеннами в «эфир». Очевидно, что в месте приема по отношению к сигналу одного из передатчиков сигналы остальных являются помехами. Для уменьшения влияния помех часто используется пространственная направленность передающих и приемных антенн — прост- ранственная избирательность. Используется также разделение частот между передатчиками с точной настройкой приемных устройств на частоту принимаемого передатчика и ограничением полось1 принимаемых частот до необходимого минимума — частотная избирательность.

Используя пространственную избирательность, можно уменьшить влияние помехи, расположив приемную антенну так, что максимум диаграммы направленности будет направлен на источник принимаемого сигнала, а минимум — на источник помехи. При обеспечении частотной избирательности не только совмещают частотную характеристику приемника со спектром прини.