Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 20
Текст из файла (страница 20)
В рассмгпривасмой схеме и качестве делителя и сумматора мощ>к>гли приме>кл>ы часто ис>юльзусмые двухшлейфовые НО. глдвл з 104 образованные из четвертьволновых отрезков МПЛ. В плечах 3, 4 НО, сигналы сдвинуты по фазе на 90', в плечах 2 обоих НО, куда мощность теоретически поступать не должна, включены согласованные балластные сопротивления р,. Поступающие на входы 3 и 4 НО, усиленные сигналы со сдвигом фаз 90' суммируются в плече 1. Коэффициент усиления балансного усилителя равен коэффициенту усиления одиночного, его динамический диапазон почти вдвое шире, чем у одиночно~о.
Анализ показывает, что даже если одиночные усилители по отдельности согласованы плохо, балансный усилитель оказывается практически идеально согласованным по входу и выходу, что облегчает создание многокаскадных усилителей. В настоящее время транзисторные МШУ СВЧ изготовляются преимущественно в виде гибридных ИМС с навесными корпусными и бескорпусными АЭ, усилители в виде полупроводниковых ИМС уступают гибридным по шумовым показателям и повторяемости параметров.
Полосы усиления составляют 4...80 ",го, коэффициенты усиления на каскад 4...15 дБ (типичные значения 5...8 дБ), коэффициенты шума 2...6дБ (шумовая температура 170...870 К). динамический диапазон 80...90дБ. Наилучшие результаты дости~ аются при использовании транзисторов с высокой подвижностью электронов, являющихся разновидностью ПТШ. У таких неохлаждасмых усилителей шумовая температура составляет 90...120 К при усилении 9 .!0 дБ. Значительное улучшение шумовых показателей обсспс швается охлазкдением усилителей до температуры жидкого азота !77 К), водорода !20 К) или гелия !4,2 К). Так, усилители на ! П Ш, охлаждаемые до температуры жидкого водорода, имеют шумовую температуру 30...50 К !коэффициент шума 0.4...0,7 лБ). Однако применение криогенной системы значительно ухулшаст массогабаритные показатели приемников, ведет к полы неникз стоимости и потребления энергии, снижению надежности.
3.10. РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ И СВЕРХРЕГЕНЕРАТИВНЫЕ УСИЛИТЕЛИ. НЕГАТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ СВЧ !!одавляющее болыпинство используемых в радиоприемной ~схникс усилителей всех диапазонов частот работают по принципу управления током выходного электрода усилительного прибора напряжением или током в цепи его управляющего электрода. Однако находят применение, особенно в диапазоне СВЧ, и усилители, в ко~орик усиление достигается за счет внесения в сигнальную цепь гприцатсльного сопротивления или проводимости, частично комнснсируюгдих потери в цепи.
Такое явление называется реге- Усилители радиосигналов 105 Ф гс, л вэ, Гет -+ свг Рттоеиоя ~ вит гГЭ н— н.~ яг~тт Исто шнг Рис. ЗГ22 нерат(ией, а построенные на этом принципе усилители — рсгегсератггсснылгтс. Физически внесение отрицательного сопротивления соответствует перекачке в сигнальную цепь энергии от источника постоянного тока (питания) или ~енератора высокочастотных колебаний ("накачки") В регенеративных усилителях современных РПрУ систем радиосвязи, радиовещания и телевидения отрицательные сопротивления могут реализовываться одним из трех способов: изменением реактивного параметра (чаще всего нелинейной емкости варикапа) под действием колебаний генератора накачки.
На этом принципе строятся ППУ; на основе различных физических эффектов в таких полупроводниковых приборах-негатронах. как туннельные диоды (ТД), диоды Ганна (ДГ), лавинно-пролетные диоды (ЛПД) и др.; созданием внешней положительной ОС в цепях с трсхэлектродными усилительными элементами (УЭ) и усилительными приборами (УП), обычно транзисторами или ИМС. Несмотря на разнообразие физических и схемных реализаций рсгенерируюших элементов (РЭ), всем регенеративным усилителям свойственны некоторые общие особенности, которые кратко рассмотрены ниже.
Регенсративные усилители подразделяются на стстсраэссастсегсьлые и строходсгьсе. Эквивалентная схема отражательного усилителя СВЧ приведена на рис. 3.22, а. К плечам ) и 3 трехплечего ферритового циркулятора (ФЦ) с волновым сопротивлением р, подключены соответственно источник сигнала с внутренним сопротивлением гс, и полезная нагрузка гс„. Резона~ор,эквивалентный контуру АрСа с сопротивлением потерь сср, в общем случае соединен с пле- 106 гллвл з чом 2 ФЦ через согласующую цепь (СЦ), осуществляющую трансформацию сопротивления р, в Рсц= л р,, где и — коэффициент г трансформации. Регенерирующий элемент вносит в резонатор отрицательное сопротивление — Р; Р, — сопротивление потерь элемента, реактивная составляющая полного сопротивления которо~о включена в У,, или Ср.
Подводимая к плечу 1 энергия сигнала мощностью Р„. направляется в плечо 2, а отраженная от плеча 2 усиленная мощность передается в плечо 3 и выделяется как Р„,. в полезной нагрузке. Поскольку потери в ФЦ невелики и ими можно при качественном рассмотрении пренебречь (Р„„= Р„, Р„р = Р„„„'), а также считать тракт согласованным (Р, = рм Р„= р„), коэффициент усиления по мощности отражательного регенеративного усилителя определяется как К ) выс~Рас Р>~р~~ вм ! Г ! (3.79) где Г = Ясц — Р>Й2сц г Ро) — коэффициент отражения от СЦ в сечении А — А; Усц — полное входное сопротивление СЦ в этом сечении. Поскольку активная составляющая Усц из-за наличия — Р отрицательна,! Г ! > !.
На резонансной частоте 2сц= (Рг + Р, — Р)/п~ и резонансный коэффициент усиления по мощности Рс~> 1 о. — 2 Рсц>Р> где а = РИ, — коэффициент регенерации; Р,= Рр+ Р, + Рсц. Из (3.80) следует, что при Р,= Рр+ Р,-ь Рсц — Р, т.е, при согласовании в плече 2 Кп>= 0 поскольку ! Г ! = О. Если А = А„+ Р„ то оказываются скомпенсированными потери в резонаторе, вся мощность сигнала отражается от плеча 2 без потерь и К>с= 1.
При Р,= = Р,+ Р, ж Рсц компенсируются все потери в плече 2, Кль — к > и усилитель самовозбуждается, т.е. в нем возникают автоколебания. Следовательно, 1 <Кга< с при Р„+ Р,< Р <Р„+ Р,+ Рсц. Величина Кп> изменяется путем выбора значений — Р или Рсц, последнее из которых определяется в соответствии с (3.80) как „/К,,,-1 Рсц: ~(Р Р Р ). ~Кр,~ ! Следует подчеркнуть, что коэффициент усиления по мощносги рсгснсративных усилителей очень чувствителен к изменениям ком!>фициснта регенерации и и эта чувствительность возрастает с увеличением К>з>.
Поэтому в реальных отражательных усилителях обычно К»> < 10...15 дБ. Усилители радиосигналов 107 Для определения полосы пропускания отражательного регенеративного усилителя на основании (3.79) по аналогии с (3.80) можно получить выра>кение для зависимости коэффициента усиления по мощности от частоты 1 — гх — 2 )1сц г)~, + ) о> сц т 1 — а+ )г, (3.81) где г, = 2 (го — о>е) гтИ, — относительная расстройка;ш,=1! ~Х„С'„— резонансная частота. Из (3.80) и (3.81) при Кле»1, сг — >1 можно получить выражение для полосы пропускания по уровню 0,5Кгс.
Паз =(Аш~ Л А,+)т)!(2лА ъ!Кеа 2), (3.82) из которого следует, что чем больше коэффициент усиления, тем уже полоса пропускания. Схема включения проходного регенеративного усилителя представлена на рис. 3.22, о. Энергия усиливаемого сигнала подводится к резонатору с РЭ и отводится от него к нагрузке по различным линиям, в которые для лучшего согласования и развязки включаются фсрритовые вентили ФВл ФВ или ФЦ.
При согласовании (Л,= Йн= ре) в принятых выше обозначениях коэффициент усиления по мощности К,„= 1!(1 — а)>, где сг =- 7!ггг;, Л„= 2р„+ Л,; — Л, 71, — параметры РЭ. Полосы пропускания проходных усилителей уже, чем отражательных. Из-за ряда присущих им недостатков по сравнению с отражательными усилителями !вдвое меньшая площадь усиления, более высокий коэффициент шума, худшие массогабаритные показатели) проходные регенеративные усилители в настоящее время при>меняв>тся крайне редко. Поскольку регснеративные усилители используются почти исключительно в качестве МШУ СВЧ, их шумовые свойства будут кратко рассмотрены ниже в данном параграфе и в ~ 4.9.
Если с помощью внешнего источника сравнительно низкочастотного вспомогательного напряжения периодически изменя~ь величину — Я так, чтобы в течение периода потери в контуре !резонаторе) полностью компенсировались, в системе будут наблюдаться нараставшие, а затем спадающие прерывистые колебания полезного сигнала. Серии таких прерывистых колебаний, частота следования которых определяется вспомогательным генератором, а интенсивность — входным сигналом, затем детектируются. Построенные на таком принципе сверхрегеггератггвггыв усцспшгс.ш могут обеспечивать значительное усиление на каскад, однако они ГЛАВА З 10В вносят большие иска>кения сигналов и создают паразитные излучения, вследствие чего в современной радиоприемной технике почти не применяются. Кроме рассмотренных выше транзисторных усилителей в РПрУ современных систем радиосвязи, радиовещания и телевидения находят ограниченное применение регенеративные усилители СВЧ.
Как отмечалось выше, к этому классу усилителей относятся ППУ, усилители на основе полупроводниковых приборов с отрицательным сопротивлением — негатронов и усилители, в которых транзистор используе~ся не как невзаимный АЭ, а как РЭ. Поскольку ППУ по принципу работы близки к преобразователям частоты, они подробно рассмотрены в ь~ 4.9.
Усилители, в которых транзисторы СВЧ используются как РЭ, в качестве МШУ практически не применяются ввиду отсутствия каких-либо преимуществ перед традиционными. Поэтому рассмотрим здесь лишь особенности усилителей на ТД и ДГ, применение которых в современных РПрУ СВЧ в принципе возможно [3, 4, 101. На основе ТД могут создаваться достаточно эффективные МШУ в диапазоне 0,3...20 ГГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
