Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (4-е издание, 1986) (1095423), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Исходные данные второго (холостого) контура: резонансная частота Г'„т = 60 МГц; характеристическое сопротивление р, = 50 Ом: сопротивление нагрузки )<аз = 5 кОм. Прежде чем вычислять требуемую вариацию емкости варикапа, найдем предельную величину проводимости ба„, которую можно подключать к сигнальному контуру при заданной ширине спектра сигнала 2Л7е. Максимальная добротность сигнального контура (при шунтировании отрицательной проводимостью), очевидно, не должна превышать б< ( (< 2Л~а се 30. 1Оа/100 1О' = 300, Коэффициент усиления мощности вычислим по формуле (10.48): Ке=1 ~(1 — ) 147, В заключение отметим основные преимущества н недостатки параметрического усилителя. Важным преимуществом параметрического усилителя является относительно низкий уровень шумов по сравнению с транзисторными или ламповыми усилителями.
В 5 7.3 отмечалось, что главным источником шумов в транзисторном и ламповом усилителях является дробовой эффект, обусловленный хаотическим переносом дискретных зарядов электронов и дырок (в транзисторе), В параметрическом усилителе аналогичный эффект имеет место в приборе, осуществляющем модуляцию параметра. Например, изменение емкости варикапа происходит за счет перемещений электронов и дырок. Однако интенсивность потока носителей электричества в варикапе во много раз меньше, чем в транзисторе или лампе.
В последних интенсивность потока определяет непосредственно мощность полезного сигнала, выделяемого в цепи нагрузки, а в варикапе — всего лишь эффект модуляции параметра. Ослабление влияния дробового эффекта столь значительно, что в параметрическом усилителе уровень шумов определяется в основном тепловыми шумами. В связи с этим часто применяют охлаждение параметрического диода до 5 „. 10 К. Недостатком параметрического усилителя является сложность развязки цепей накачки и сигнала. В схеме, представленной на рисунке 10.14, а, характерной для параметрических усилителей метрового диапазона, развязка осуществляется с помощью разделительных конденсаторов и блокировочных дросселей. В диапазоне СВЧ, на которых особенно широко применяются параметрические усилители, приходится прибегать к весьма сложным конструкциям, сочетающим в одном узле двухчастотную колебательную цепь в виде полых резонаторов, варикап и специальные элементы развязки (циркулятор, направленный ответвитель, поглотитель, заградительный фильтр).
Эти вопросы рассматриваются в специальных курсах, 10.8. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ Из материала предыдущих параграфов следует, что параметрический усилитель, в котором глубина модуляции и нелинейной емкости или индуктивности доводится до значения, превышающего некоторое критическое т„, превращается в генератор. Подобные генеразоры называются и а р ам е т р о н а м н.
Простейший параметров представляет собой колебательный контур, один из элементов которого — нелинейная емкость или индуктивность — подвергается периодическому изменению во времени с помощью генератора накачки. Можно наметить следующую картину возникновения и нарастания колебания в параметрическом генераторе. Пусть закон изменения емкости варикапа определяется выражением (10. 49) С (!) = С'э1(! + т з!и м„!), где частота накачки ыя =- 2ыр, ар — резонансная частота колебательного контура. Š— + г/ (/) + — ( 1 (/) Ж = О, Н с (/) ) Переходя от тока / к заряду д и учитывая выражение (10.49), получаем сРд г Ыд (!+и Мп ар /) д -О. (10.50) ! /.
и/ + дср Величина 1/ЕС, = ар определяет резонансную частоту контура в отсутствие модуляции емкости, т, е. при т = О. Таким образом, уравнение (10.50) можно записать в форме — + 2а„— + мр (1+ оп з!п ар !) д = О, арф ыд р'и " ~й (10.51) где а„=- г/2Л. Основываясь на допущении высокой добротности контура (1~ = вр/ /2аь )) 1), мы вправе искать решение уравнения (10.5!) в виде колебания с частотой ьр и медленно меняющейся амплитудой д(!)=-А ерр (ы /+$) (10.52) где р — показатель, зависящий от параметров контура и модуляции емкости: Заметим, что при Я ~) 1 можно, как и для контура с постоянной емкостью, считать д(/) =Срес(!) =СрЕс,ерш сов(ыр!+$).
(10.52') Подстановкой (10.52') в (!0.51) можно определить как р, так и начальную фазу $, однако задачу можно еще более упростить, поскольку нас интересует режим заведомой неустойчивости решения д (!), при котором собственное колебание в контуре возрастает за счет энергии, отбираемой от генератора накачки. Это возможно, если напряжение е, (!) иа емкости сфазировано относительно функции С (/) так, как это показано на рис. 10.19; начальная фаза может быть либо з = 0 (сплошная линия), либо $ = и, Подставив в (!0.51) д = А, ер'соз ыр!, после несложных преобразований придем к следующему результату: М р= — ыр — а, 4 к (10.53) 4(/)=А,е( р/з р)' созыр!. (!.0.54) 325 Если ш > т„р (неустойчивая система) при запуске генератора накачки в контуре вознйкает колебание с частотой ар —— ы„/2 и начальной фазой 0 или л (по отношению к фазе накачки).
При отсутствии внешнего воздействия, т. е. в режиме свободного колебания, фаза (О или л), а также амплитуда возникающего колебания являются случайными величинами, зависящими от фазы и амплитуды шумового напряжения еш (/) и контуре. Для выявления процесса нарастания амплитуды колебания обратимся к рассмотрению свойств простого колебательного контура, емкость которого изменяется по закону (10.49) при /. = сопз( и г = сопз1, В режиме свободного колебания дифференциальное уравнение для тока в контуре будет Для нарастания амплитуды должно выполняться условие тго !4) саи нли гп-» 4ссн/шр =2Я=2с(.
Этот результат совпадает с определением критического значения лт в 9 10.6 (см. (10А2)). Механизм ограничения амплитуды при параметрическом возбуждении обусловлен заходом амплитуды колебаний на нелинейные участки характеристик емкости или индуктивности. При этом изменяются средние значения С (1) или ь (1), а следовательно, и средняя резонансная частота контура. Расстройка контура относительно частоты ш„)2 ухудшает условия преобразования энергии накачки и приводит к ограничению амплитуды. В настоящее время принцип параметрического возбуждения колебаний используется в специальных генераторах (параметронах), применяемых в различных устройствах для обработки дискретной информации. Это объясняется главной особенностью параметрического возбуждения — двузначностью фазы генерируемых колебаний. Так как установление фазы ср или гр + и зависит от начальных условий, то, задавая в момент запуска генератора начальную фазу с помощью сигнала, можно получить одно из двух устойчивых состояний генератора, соответствующих двум знакам двоичного кода (например, фазе р условно приписывается нуль, а фазе гр + и — единица).
В емкостном параметроне (рис. 10.20, а) в качестве переменной емкости используются два полупроводниковых диода, а индуктивностью контура служит первичная обмотка высокочастотного трансформатора. Напряжение накачки еи (1) с частотой шн, вдвое превышающей резонансную частоту контура, подается на диоды синфазно, благодаря чему емкости диодов уменьшаются или увеличиваются одновременно и вместе с тем исключается прохождение частоты <о„на выход. Благодаря симметрии устраняется также прохождение колебаний частоты ш„!2, возбуждаемых в контуре, в цепь накачки.
Положение рабочей точки на характеристиках р — л — переходов задается постоянным напряжением смещения. Со ес Рис. 10.20. Емкостноя (а) и индуктивный (б) вараметроны Рис. 10.19. Модуляция емкости и возможиые фазы генерируемого колебания (Π— сплошная, я — штриховая линии) 326 В индуктивном параметроне (рис. 10.20, б) контур состоит из постоянной емкости и катушек Ь«, насаженных на феррнтовые сердечники, магнитная проницаемость которых периодически изменяется при пропускании тока накачки /„(/) через катушки / „. Исходное положение рабочей точки на характеристике нелинейной индуктивности задается постоянным током, пропускаемым через катушки Е„. Встречное включение катушек Е„на двух сердечниках устраняет прямое прохождение колебаний частоты «р„на выход, а также колебаний частоты р»„/2 из контура в цепь накачки.
Следует отметить, что к параметрону термин «генератор» или «генерирование» может быть применен лишь условно. В отличие от любой электронной автоколебательной системы или генератора с посторонним возбуждением, в которых осуществляется преобразование энергии источника постоянного тока в энергию колебаний, в параметроне первичным источником энергии является генератор накачки. Назначение параметрона, используемого в качестве реле с двумя устойчивыми состояниями, не в получении колебаний, а в «запоминании» фазы сигнала. В связи с таким информационным назначением параметрона основное значение приобретает его быстродействие, от которого зависит и быстродействие устройства, работающего на параметронах.
Необходимо по возможности повысить скорость нарастания амплитуды при каждом запуске параметрона. Так как в соответствии с формулами (10.52) и (! 0.53) амплитуда напряжения на контуре нарастает по закону Е(/) = Ес,е(™р/ где через Ес, обозначена начальная амплитуда (т. е. амплитуда сигнала, фазу которого требуется запомнить), то время, необходимое для достижения стационарной амплитуды Е„,можно определить выражением 1п —" =~ — Р— а„) /,„= (л« вЂ” 2»/) Ес, откуда / 1п б«г '~ („, 2Д) Ос, / Приведем следующий пример. Пусть на частоте /р — — 35 МГц (промежуточная частота приемника СВЧ) при добротности колебательного контура !/ ж 50 («/ = 0,02) требуется обеспечить отношение Е„/Ес, 1О' (амплитуда запускающего радиоимпульса 1 мкВ, стационарная амплитуда 1 В).
Средняя емкость контура, включая варикап, -15 пФ, /!С = 2 пФ, так что коэффициент модуляции емкости л» = ЛС/С» ж 0,13. Находим /„„, ж!п10'/ ~(0,13 — 2 0,02) — 36. !О'1 ж 2,7 мкс. 2 327 Это соответствует примерно !94 периодам напряжения накачки (при 7"„= = 2г'р = 72 МГц). Возможности увеличения параметра т и амплитуды Ес, весьма ограничены.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
