А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В общем случае эти частоты не равны частоте сигнала. Допустим, однако, что (6.80) 3к (е~ = — +1к, где 1=0,1,2,3, 4 (6.81) то Я будет действительной отрицательной величиной, равной — — '. Следовательно, |сс ' в этом случае действие напряжения накачки эквивалентно подключению параллельно колебательному контуру отрицательного сопротивления 1 В тлю, С0 Принимая это во внимание, полное активное сопротивление колебательного контура при резонансе В, для колебаний сигнала с фазой ф„удовлетворяющей выражению (6.81), можно найти с помощью соотношения 1 1 1 1 — = — — — = — — гл~и,Се В, В В В Отсюда для амплитуды напряжения сигнала получим (1=1Я,= 1,В 1 — гав, ' (6.82) где 90 — — ы, СО — добротность колебательного контура в отсутствие напряжения накачки.
Подставляя выражения (6.76), (6.82) в соотношение (6.75), найдем выражение для коэффициента усиления по напряжению К„, при условии, что фаза сигнала принимает одно из значений, определяемых выражением (6.81): К„~ = 1 (6.83) 1 — гп90 Из этого выражения видно, что при нулевом напряжении накачки, когда гп = О, коэффициент усиления равен единице, т. е. усиление отсутствует. При увеличении напряжения накачки коэффициент модуляции т растет, а вместе с ним увеличивается и коэффициент усиления. При т — 1/90 из (6.83) получаем К„, -+ ос, т.е.
генератор накачки полностью компенсирует потери энергии в контуре. Тогда разностная комбинационная частота ы„ — ы, будет равна частоте сигнала ю,, в то время как суммарная комбинационная частота ы„+ ы, будет превышать частоту сигнала в три раза. Поскольку частота тока („ равная Зш,, сильно отличается ст резонансной частоты колебательного контура усилителя близкой к ы„ток (, не может создать существенного напряжения на колебательном контуре. В дальнейшем этот ток учитывать не будем. Составляющая з, при выполнении условия (6.80) имеет частоту сигнала, пропорциональна его амплитуде и глубине модуляции емкости гп.
Появление составляющей (, можно считать следствием того, что при действии напряжения накачки параллельно колебательному контуру усилителя подключается эквивалентное сопротивление Я. Его величину можно найти, разделив напряжение на колебательном контуре на составляющую тока (,. Разность фаз между напряжением сигнала и током (,, равная 2~о„в общем случае может иметь любое значение. Поэтому эквивалентное сопротивление Я может быть комплексной величиной. Если фаза сигнала !з, принимает одно из значений 6.6. Параметрические усилители 161 1 гп ~ —.
(6.84) 9 Рассмотрим теперь процессы в усилителе при условии, что фаза сигнала принимает одно из значений у„, определяемых выражением р„= — + гиг, п = О, 1, 2, Сопротивление Я, эквивалентное действию накачки, будет в этом случае положительной величиной. Следовательно, при (е. = — + вк генератор накачки отбирает энергию 4 от сигнала, ослабляя его. Коэффициент ослабления и в этом случае можно найти аналогично тому, как это было сделано выше. В результате получим выражение К„„= 1 (6.86) 1+ ~9о Здесь К„„— коэффициент "усиления" по напряжению при условии, что фаза сигнала удовлетворяет (6.85).
Так как устойчивая работа усилителя возможна лишь при условии (6.84), из (6.86) следует, что наименьшее значение коэффициента усиления сигнала при р, = р„определяется соотношением К„„в = Бт К„„= 1/2. (6.87) по (6.85) Если фаза сигнала не удовлетворяет ни одному из выражений (6.81) и (6.85), то коэффициент усиления примет промежуточное значение между наибольшей и наименьшей величинами, определяемыми соответственно (6.83) и (6.86). Таким образом, если частоты сигнала и накачки связаны соотношением (6.80), то коэффициент усиления как функция р, периодически изменяется. Его наибольшее значение определяет соотношение (6.83), а наименьшее — (6.86).
Рассмотрим теперь случай, когда соотношение (6.80) не выполняется, но имеет место приближенное равенство 1 ! ~и. 2 Тогда напряжение сигнала можно представить в форме ~ы„1 и, = Усов ~ — + у,(1) где (с.(1) = (ы, — — "," )1, и считать, что частота сигнала по-прежнему удовлетворяет соотношению (6.80),' но сдвиг фаз (е, линейно изменяется со временем. Тогда, используя аз «.иа4 Дальнейшее увеличение амплитуды накачки означает, что 1 гп > —. е.' При этом энергия, передаваемая от генератора накачки колебаниям, фаза которых удовлетворяет (6.81), будет больше потерь энергии этих колебаний в сопротивлении К.
Поэтому амплитуда колебаний будет увеличиваться. В колебательном контуре всегда есть флуктуации напряжения с различными фазами. При т > 1Я, амплитуда тех флуктуаций, фазы которых удовлетворяют (6.81), будет нарастать, так как энергия, получаемая ими от генератора накачки, будет превышать потери энергии в контуре. Это явление называют параметрическим возбуждением колебаний. Таким образом, при гп > 1/О, параметрический усилитель преврашается в параметрический генератор. Следовательно устойчивая работа усилителя возможна лишь при условии 182 Главе 6. Усилители елект ических и оптических сигналов результаты, полученные выше, можно утверждать, что усилитель будет периодически переходить от режима наибольшего к режиму наименьшего усиления и обратно.
Поскольку из (6.83) и (6.87) следует,что наибольшее усиление может быть много больше единицы, а наименьшее равно 1/2, в среднем сигнал будет усиливаться и в этом случае, но амплитуда напряжения сигнала на колебательном контуре будет периодически изменяться во времени. Зто означает, что если частота сигнала не равна м„/2, то колебания в контуре усилителя не являются гармоническими, а имеют сложный спектр. Его можно установить с помощью соотношения (6.79), из которого следует, что если частота сигнала немного отличается от ы„/2, ток 1, имеет разностную комбинационную частоту ю, = и„— ю,, не равную частоте сигнала, но близкую к ней.
При этом и частота сигнала, и разностная комбинационная частота "входят" в полосу пропускания колебательного контура и создают на нем заметные падения напряжения. При наложении этих напряжений с близкими частотами возникают биения, которые и проявляются в периодическом изменении напряжения на колебательном контуре усилителя. При постепенном увеличении отклонения частоты ш, сигнала от ы„/2 разностная комбинационная частота ы, = ы„— ы, все дальше "отходит*' от частоты сигнала и "выходит" из полосы пропускания колебательного контура. При этом разностное комбинационное колебание ослабляется, биения постепенно исчезают, а усиление падает. Таким образом, одноконтурный параметрический усилитель может эффективно усиливать сигналы лишь в узкой полосе частот, близких к ы„/2, Двухконтурный регенеретивный усилитель Для того чтобы параметрический усилитель мог усиливать сигналы с частотами, сильно отличающимися от м„/2, конструкцию усилителя необходимо изменить так, чтобы в нем могли одновременно присутствовать колебания как на частоте сигнала ы„так и на частоте разностного комбинационного колебания ы,.
Так как ы, = ы„— ы„частоты ы, и ы, должны удовлетворять соотношению ы~ + ь'2 = "'н. (6.88) Рис. 6.21. Двухконтурный параметрический усилитель Одновременное существование колебаний на частотах ы, и ы, можно обеспечить, если ввести в усилитель второй колебательный контур, настроенный на частоту разностного колебания ы, = ы„— ю,. Параметрический усилитель с дополнительным колебательным контуром называют двухконтурным.
Его схема показана на рис. 6.21. Усилитель состоит из колебательных контуров Ь,С, и Ь,С„связанных через емкость варикапа УР, на который подается напряжение от генератора накачки о„. Колебательный контур Х,С, настраивают на частоту, близкую к частоте сигнала ы,. На этот контур подается входной сигнал, и на нем же выделяется усиленное напряжение с частотой сигнала. Колебательный контур Ь,С, настраивают на частоту ьь = ы„— ы„близкую к частоте разностного комбинационного колебания. Для того чтобы энергия колебаний сигнала и комбинационной частоты не поглощалась в генераторе накачки, последний подключен к варикапу через полосовой фильтр Ф, пропускающий только колебания с частотами, близкими к частоте накачки. К варикапу приложены также напряжения сигнала и комбинационной частоты, которые выделяются на колебательных контурах усилителя.
Зти напряжения образуют биения и усиливаются так же, как и в одноконтурном усилителе при малой расстройке частоты сигнала относительно ш„/2. 1бЗ 6.9. Оптические усилители 6.9. Оптические усилители Основой оптического усилителя является активная среда, содержащая атомы вещества (ионы или молекулы), находящаяся в возбужденном состоянии. Переход атомов в возбужденное состояние происходит за счет передачи им энергии источника электрической, оптической или химической накачки.
Возбужденные атомы могут спонтанно и независимо друг от друга переходить на более низкие энергетические уровни. При этом свет, излучаемый группой атомов, некогерентен. В оптическом усилителе переход атомов на более низкий энергетический уровень происходит под действием кванта падающего света. При этом излучается фотон той же частоты, фазы и поляризации, что и падающий. Такой процесс индуцированного испускания образует лавину фотонов когерентного излучения. Процесс усиления оптического излучения возможен тогда, когда число индуцированных переходов с испусканием фотонов больше числа переходов с поглощением той же частоты. Для этого необходимо, чтобы число атомов на верхнем энергетическом уровне было больше числа атомов на нижнем. Такое состояние совокупности атомов называют состоянием с инверсной заселенностью, а среду, в которой оно сушествует,— активной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
