Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (4-е издание, 1986) (1095423), страница 73
Текст из файла (страница 73)
е. когда параметрическая модуляция Рис. 10.1о. Одноконтурный параметрический усилитель (к схеме на рнс. 10.14, а) 319 представлена на рнс. 10.14, б для случая у =- — и 2, соответствующего отрицательной вещественной проводимости 6,н. Символом С, обозначена сумма емкости конденсатора контура С„и средней емкости варикапа (соответствующей постоянному напряжению Е,). Для упрощения анализа источник ЭДС сигнала е (/), включенный в контур последовательно, заменен на рис. 10.15 генератором тока, подключенным параллельно контуру и шунтнрованным внутренней проводимостью 6.
Проводимость нагрузки 6н включает в себя также проводимость, учитывающую потери мощности в элементах контура. Шунтирование проводимости нагрузки 6н отрицательной проводимостью 6,„= (соЛС/2) х х з!и у.— — соЬС/2 = — т со С,/2 уменьшает суммарную проводимость и таким образом повышает добротность контура. Получается эффект усиления. Составим выражение для коэффициента усиления в виде отношения мощности сигнала на выходе усилителя к максимальной мощности, которую можно получить при отсутствии параметрической модуляции. Как известно, максимум мощности, выделяемой в проводимости нагрузки (при отсутствии усиления), достигается при 6„= 6;. При этом мощность сигнала Р ! М 2 4 он 2 40! компенсирует потери только в Си, усиление по мощности равно всего лишь четырем.
На практике при усилении реального сигнала, фаза которого не известна, а частота может изменяться в некоторой полосе, соблюдение условий синхронного режима невозможно. Пусть частота сигнала са будет не точно са„!2, а со = со„,'2 ч Й, где аа -- небольшое отклонение, не выходящее из полосы прозрачности колебательного контура. Тогда комбинационная частота будет ыи — са = ыи = (со„12+ Й) = со„!2 — ас. При этом в полосе пропускания контура оказываются два колебания: одно с частотой оа„12+ 1) (полезный сигнал) и другое с частотой <о„12 — й (комбинационная частота). Соотношение между амплитудами указанных двух колебаний зависит от глубины модуляции емкости т и величины (а.
Подробный анализ, который здесь не приводится, показывает, что при значениях т, близких к критическому (см. (1О 42), и относительно малой расстройке й амплитуды обоих колебаний примерно одинаковы. Возникают биения и связанные с этим последствия (пульсация амплитуды и изменения фазы результирующего колебания). Можно, правда, показать, что даже при расхождении частот ы и ыи 2 средняя за период биений мощность колебаний больше,чем при отсутствии параметрического воздействия, т.
е. что и в этом, так называемом бигарлсоническюла, режиме имеет место усиление сигнала. Однако подобный режим работы усилителя не всегда приемлем. От недостатков, присущих одноконтурному параметрическому усилителю, свободна схема, рассматриваемая в следующем параграфе. 1О.?. ДВУХКОН ГУРНЫР( ПАРАМЕТРИЧЕСКИИ" УСИЛИТЕЛЬ Принципиальная схема двухчастотного или, как его часто называют, двухконтурного усилителя изображена на рис. 10.16. Первый, сигнальный, контур настраивается на центральную частоту спекчра сигнала (резонансная частота сар, — са,), а второй, «холостой». контур — на частоту ыра, до.
статочно сильйо отличающуюся от сор,. Частота накачки выбирается из условия О)и сор! гсср 110,43 ~ При выборе частоты и а исходят из условия, что частота сигнала са, ра находится вне полосы прозрачности вспомогательного контура. Но комбинационная частота ыа =- са„ вЂ” со, должна находиться вне рабочей полосы сигнального контура. При выполнении этих условий на сигнальном контуре будет существовать лишь одно напряжение частоты ы,, а на вспомогательном контуре— частоты соа. Считая амплитуды Е, и Е, этих напряжений малыми по сравнению с Еи, можно заменить нелинейную емкость С„л совместно с генератором накачки, линейной параметрической емкостью С (1), изменяющейся с частотой со„, как это было сделано в 5 1О.б.
Тогда под воздействием напряжения Рис. !0.16. Лаухчастотиый параметрический усилите.п* ЗкО (10.45) Для резонанса, когда в, шр, и, следовательно, вх в„х сопротивление вспомогательного контура будет )т„х = 1/6„х и формула (10,46) принимает вид 6„(охр,) = — (тСо/2)х вх вх Йох сигнала е, (1) = Е, соз (шх!-г Н,) в цепи переменной емкости С (1) = ф— — ЬС соз (во! + О„) возникает (помимо других составляющих, не представляющих в данном случае интереса) ток 1„. „,, (1) = 1»и (1) = ~ х ~ (в„— в~) ЬСЕ, з!п [(в„(+ ΄— (в~ 1+ О,)) = = '!х сох ЬСЕ, з!п [в, 1+ (΄— О )[= 1„, з!п [во 1+ (΄— О Ц (10 44) [см.
!0.36)[. Здесь 1,„, = '„вх ЬСЕ,. На сопротивлении холостого контура 2х (но,) = е.х (вх) е'~х ток 1,„, (1) создает падение напряжения 1»», 2х (в ) з!п (шх1+ Он' Ох+»Рх) = /хвхЬС2х(шх) Ех Х Х 5!п (шх 1-[- Оо Ох + 'Рг) Эквивалентную ЭДС, воздействующую на емкость С (1), запишем, как и в 2 8.16 [см. (8.99)[, в форме ех(1)=Е,соз(вх1+Ох)= л!»вхЬСЛх(вх)Ехз!п(вх!+О Ох+гр)= = Ехсоз [вх1+ ΄— О, + хрх+п)2[, где Ех =',,воЛС7х(вх) Е,.
Комбинационный ток 1„ (1), обусловленный этой ЭДС, по аналогии с выражением (10.44) будет юо „,„(1) =!»», (1) = х/х(во — вх) ЬСЕх З[п [(ш„— вх) 1+Оо— — (Оо — О, +хр, +хху2)[ ='/,~, ЬСЕхэ!п(ох,1+0,— Чх,— ~(2) = = — '~х в, ЬСЕх соз (в, 1+ О, — хрх). Заметим, что фаза накачки О„и частота в„в выражении (!0.45) отсутствуют.
С учетом приведенного выше соотношения для Е, последнее равенство можно записать в форме 1,„, (1) = — (ЛС12)х в, в, Лх (шх) Е, соэ Но, 1+ О, — хр,). Как видим, по отношению к сигнальному контуру нелинейная емкость Со о вместе с генератором накачки и холостым контуром может быть замеще- на проводимостью, учитывающей найденный ток х'„, (1).
Комплексная амплитуда этого тока 1, = — (ЬС,2)х вх во 2х(вх) е '~х Е,е'о, Комплексная амплитуда напряжения е, (!) = Е, соз (в,1+ О,) на сиг- нальном контУРе Ех = Е, е'о . Следовательно, пРоводимость, шУнти- рующая сигнальный контур, будет »ь х ЛС! -ое 1х,„.(йо,) = — ' = — ~ — ~ ш,ш, Лх(шх) е Е, ~ 2 ЛС '»х / о»С, ~х — в,шеях(но,)= — — ' в, вх/х(но.), (10.46) 2 где 2;(хохх) =Ух(шх) е х~х -функция комплексносо~~ряженная функции Й (!вх) 11 з»к. 1326 321 На схеме замещения. представленной на рис. 10.17, элементы, расположенные слева от штриховой линии, соответствуют сигнальному контуру усилителя, а справа — нелинейной емкости вместе со вспомогательным контуром.
Полученная схема по существу совпадает со схемой одноконтурного усилителя (см. рис. !0.16). Различие лишь в способе определения эквивалентной отрицательной проводимости. Подробности, связанные с определением комбинационных колебаний (1) и ! ич (!), приведены с целью привлечения внимания к следующим преимуществам двухконтурного усилителя: а) эквивалентная отрицательная проводимость, а следовательно, и усиление мощности не зависят ат фазы напряжения накачкщ б) не требуется соблюдение определенного соотношения между частотами а, и ы„. Оба эти свойства двухконтурного усилителя объясняются тем, что полная фаза комбинационного тока 1„ „, в выражении (10.45), определяющая характер эквивалентной проводимости 6,„, по существу является разностью фаз напряжений накачки е„(!) и е, (1).
Первая из них имеет вид (ы„(+ 0„), а вторая (ы„!+ ΄— О,) (без учета гр, н и'2). При образовании разности О„выпадает, а разностная частота ы„— <а, в любом случае совпадает с частотой сигнала (поскольку ы, = ыи — в,). Коэффициент усиления двухконтурного усилителя при резонансной частоте (га, = ыр,) можно определить нз выражения, аналогичного формуле (10.40): (10.48) К, =-1!(1+6,„/26и,)е, где б,а вычисляется по формуле (!0.46), а бпа — проводимость нагрузки сигнального контура.
При отклонении частоты сигнала ы, от резонансной частоты ыр, и соответственно частоты ы, от ыэ, модуль сопротивления Л ((ы,) уменьшается, что приводит к уменьшению модуля б,„ и, следовательно, коэффициента усиления мощности. Основываясь на выражении (10.46), можно вычислить АЧХ и полосу пропускания двухконтурного усилителя. Условие устойчиности усилителя в данном случае можно записать в форме ) 6.«) = (тСе~2)' ы1 гае йна ( 26 нли т (2) "2 )/6„/)7„, ы, гаэ С3, Рассмотрим энергетический баланс в двухчастогном усилителе в зависимости от соотношения частот ы, и газ. Пусть заданы частота ы, и мощность Р, сигнала на входе усилителя.
Так как с повышением вспомогательной частаты ы, модуль отрицательной величины б,„увеличивается 1см. (10.46)1, то и Ке также растет (см, (10.48)1. Мощность сигнала на выходе усилителя Рн КрР. Для определения требуемой мощности генератора накачки Ры„, а также мощности Рмн выделяемой во вспомогательном контуре, воспользуемся теоремой Мэнли-Роу.
На основании выражения (7.!04') можно записать следующие соотношения: м., мн Рич = — ' Ри и Рм = —" Р„ч =- Р„, + Р„ч 322 При Р, = 100 Ом результирующая проводимость, <пунтирующая первый контур, должна быть не менее б, + бю + бн„ ~ 1<р, <;)ь от куда бзн ~ )1ур< б< — (б< -)-бн<) = — ! 7р< Я< — 2б<ц = — 367 1О< а См. Г!одставляя значения бзн, <о<, ш, и )7„т в формулу (10.47), находим тСа 2 =ЛС<2 =)') бзн)<о<< <отйнт ж 3 1О-" Ф, откуда ЛС=6 1О< ы Ф=6 пф Требуемое значение ЛС можно реализовать с помощью обычного вари- кана. Существующие в настоящее время варикапы допускают, например, изменение емкости до 30 пф.
Раь з сз Рис. 10.18. Соотношение мощностей на различных частотах а даухкоитурном параметрическом усилителе Рис. 10.17. Схема замещения даухнон турного параметрического усилителя (Знак минус в последнем выражении опущен, так как очевидно, что эта мощ ность отбирается от генератора накачки.) Соотношение мощностей Ра Р„„Р„, и Р„н иллюстрируется рис. 10.18. Изэтого рисунка видно, что при <ое ) <о< на вспомогательном контуре выделяешься мощность, большая, чем на сигнальном. Таким образом, хотя с повышением частоты <оа мощность Р<о< и растет, распределение мощности, отбяраемой от генератора накачки, изменяется в пользу частоты ш,. Несмотря на это, часто работают в режиме <ое - <»,, так как при усилении слабого сигнала основное значение имеет не степень использования мощности Р , а отношение мощности Р , к Р, т.
е. К,. Для иллюстрации количественных соотношений в двухчастотном параметрическом усилителе приведем следующий пример. Пусть требуется осуществить усиление сигнала на частоте 7< ЗО МГц при ширине спектра 2Л(е = 100 кГц. Исходные данные первого (сигнального) контура: характеристическое сопротивление р, = 100 Ом; внутреннее сопротивление источника сигнала, шунтирующее контур, 1<< = 5 кОм; сопротивление нагрузки )<„< = = 5 кОм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
