Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (3-е изд., 1977) (1151959), страница 70
Текст из файла (страница 70)
вом накачки при уменьшении преодоление сил магнитного и увеличить индуктивность 10.В. ОЯНОКОНТУРНЫИ ПАРА01НТРИЧЕСКИИ УСИЛИТЕЛЬ Рис. 10.18. Одноконтурний параметрический усилитель (а) и схема аамеше- ния (б). Из предыдущего параграфа следует, что введением в колебательный контур переменной емкости или индуктивности можно при соответствующем законе изменения параметра осуществлять усиление колебаний. Простейшая схема одноконтурного параметрического усилителя с переменной емкостью изображена на рис. 10.!8,а.
Нелинейная емкость С„„находится под воздействием двух напряжений: сигнального с частотой ш и управляющего с частотой шп. Разделительные конденсаторы Ср защищают генератор накачки и источник сигнала от постоянного напряжения Е„используемого для установления рабочей точки на вольт-фарадной характеристике варикапа.
Блокировочный дроссель преграждает путь и цепь источника Е токам высокой частоты со и шн. Рассмотрим сначала режим работы усилителя при точном соблюден ни уело ви я в в„/2. В этом, так называемом «синхронном» режиме комбинационная частота в„— в совпадает с частотой в, так что в контуре существует ток только на частоте в. Схема замещения для синхронного режима представлена на рис. 10.18, б для случая у = — и/2, соответствующего отрицательной вещественной проводимости 6,„,. Я: — н»э Д ~э«1 = — — и Символом Се обозначена сумма С„ и средней емкости варикапа (соответ.
ствующей постоянному напряжению Е,). о"оэ/Г Для упрощения анализа источник э. д. а. сигнала е (/), включенный в контур последовательно, заменен иа рис. 10.19, Одноионтурныв пирис. 10.19 генератором тока, подклю- эеиеевичсскнй усилитель 1онс, ченным параллельно контуру и шунтированиым внутренней проводимостью бэ. Проводимость нагрузки 6н включает в себя также проводим:гь, учитывающую потеря мощности в элементах контура. Шунтирование проводимости нагрузки 6„отрицательной проводимостью 6„,„= (вЬС/2) з!и у = — вЬС/2 — теэС»/2 уменьшает суммарную проводимость и таким образом повышает добротность контура.
Получается аффект 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 и проводимости нагрузки (при отсутствии усиления) достигается при 6„= 6э. При этом мощность сигнала равна 1 1» 1 /» Р = — — = — —, 2 40н 2 40э (/ — амплитуда тока генератора). При подключении дополнительной проводимости 6„напряже- ние на выходе будет Е = 1/(61 + 6« + 6эие) //(26н + 6еие).
а мощность, выделяемая в проводимости нагрузки, /» "э = — Е(Е6н) = — 6н Е* = — 6и 2 " 2 " 2 (20„+0,,1' 1 /н 1 2 40е (1 + 0»не/20н) Отсюда коэффипиент усиления по мощности Ку = Р', /Р, = 1/(1+ 6,„,/26„)э. (10.63) Напомним, что 6,„, отрипал>ельназ величина. Из этого выра>кения непосредственно вытекает условие устойчивости параметрического усилителя (в синхронном режиме): !68мв ~ ( 26„яли л>а>Со/2 » 26„ (10.64) откуда критическое значение коэффициента паоаметрической м<л дул яцик л>„р — — 2 (26„/ыС„) = 2/(~,„„ '(10.65) где Я,„, — добротносп, контура с учетом 6, и 6„= 6о Заметим, что при 6,„, = — 6„, т.
е. когда параметрическая модуляция компенсирует потеои только в 6„, усиление по мощности равно всего лишь четырем. На практике при усилении реального сигнала, фаза которого неизвестна, а частота может изменяться в некоторой полосе, соблюдение условий синхронного режима невозможно. Пусть частота сигнала в будет не точно э>„/2, а е> = ы„/2 + 1), где Р. — небольшое отклонение, не выходяшее из полосы прозрачности колебательного контура. Тогда комбинационная частота будет а>„— е> = м„— (а>„/2 + Й) = «>„/2 — 1). При этом в полосе пропускания контура оказываются два колебания: одно с частотой «>„/2 + й (полезный сигнал) и другое с частотой о„/2 — й (комбинационная частота).
Соотношение между амплитудами указанных двух колебаний зависит от глубины модуляции емкости и и величины й. Подробный анализ, который здесь не приводится (2), показывает, что пря значениях и>, близких к критическому [см. формулу (10.бб)1, 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 а> и о>„/2, средняя эа период биений мощность колебаний получается большей, чем .при отсутствии параметрического воздейс>- вия, т. е. что и в этом, так называемом бигаржоническил 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. 10.9. ЛвухчАстотный ПАРАйаетгическии усилитель Принципиальная схема двухчастотного, или, как его часто называют, «двухконтурногоа усилителя, изображена на рис.
10.20. Первый, сигнальный контур, настраивается на центральную частоту спектра сигнала (резонансная частота еурт ж нт), а второй, «холостой» контур, — на частоту еер„ достаточйо сильно отличающуюся от вава. Частота накачки выбирается из условия (10.66) При выборе частоты вра исходят из условия, что частота сигнала еа, находится вие полосы прозрачности вспомогательного контура. С другой стороны, комбинационная частота «аа = «а„— в, должна находиться вне рабочей полосы сигнального контура. Рис. 10.20. Двуиаастотиый параиетричесиий усилитель При выполнении этих условий на сигнальном контуре будет существовать лишь одно напряжение частоты еа„а на вспомогательном контуре — частоты ееа.
Считая амплитудй Ет и Еа этих напряжений малыми по сравнению с Е«а можно заменить нелинейную емкость С„„, совместно с генератором накачки, линейной параметрической емкостью, изменяющейся с частотой «е„, как зто было сделано в $ 10.7. Тогда под воздействием напряжения сигнала ет (у) = = Е, соз (се,у+ От) в цепи переменной емкости С («) = С вЂ” цС сои (еев«+ 9„) возникает (помимо других составляющих, не представляющих в данном случае интереса) ток -и, (Г) =1, (1) =«1а (етв — ест) цСЕ„з(п ((се — еаа) 1+ Ои — От) : т)аеУа цСЕт з1п (ева Т+ (΄— Оа)) = т', З1п (ееа г+ (9„— 9,)1 (см. выражение (10.59)) ° Здесь (аь = ЧеееайСЕ,.
На сопротивлении холостого контура Ха (1«ет) = Ла (сеа) е'и* пж й, (а) создает падение напряжения Уе,Уа («ат) з!п («аа «+ Ои — От + я>.) = 1асеапСЕт яп («а а« + Ои — От + я)~), Эквивалентную э. д. о., воздействующую на емкость С (/), запишем, как и в 5 10.6, в форме е, (/) = Е, соз (в,/ + ОД = — '/ъаэЬСЕ, з1п (в,/ + + 0„— 01 + ср ) = ~/заэЬСЕ1 соз (вэ/ + ΄— 01 + + ср, + и/2].
(10.67) Комбинационный ток / „,(/), обусловленный этой э. д. с. н будет , (/)=/... (/)= — '/з(а„— ва) бСЕ,со (а,/+Π— М (10.66) Как видим, по отношению к сигнальному контуру нелинейная емкость С вместе с холостым контуром может быть замещена проводимостью, учитывающей ток /ж (/) = — /за1ЛС/~а,2э (аэ) соз (а1/ + О~ — ср,), С учетом приведенного выше соотношения / . = (1/2) а,ЬСЕг последнее равенство можно записать в форме ь, (/) = — (ЛС/2)эв,а,Ез (аэ) Е, Х соз (вг/ + Ог — ср,).
Комплексная амплитуда этого тока 1„, = — (ЬС/2)~в, в.,У,(вэ)е "* Е. ев . С другой стороны, комплексная амплитуда напряжения на сигнальном контуре е, (О = Е, сов (а,/ + 01) равна Е, = Е|ез . Следовательно, проводимость, шунтирующая сигнальный контур, будет 6„„, (йо1) = — *= — ~ — ~ а, в, 2, (ве) е 1~ /дс1~ 1 — — в, а, Яэ (/аэ) = — — в, а„Яэ (/аэ), (1О 69) где Е" ,(/аД = Я, (аэ) е — 'э. — функция, комплексно-сопряженная функции Я, (/аД, Для резонанса, когда в, = вщ и, следовательно, а = ар, сопротивление вспомогательного контура будет И,„, = 1/б„, и формула (10.69) принимает вид б,„, (а ) = — (тСэ/2)' а,а,Я„э. (10.69') На схеме замещения, представленной на рис. 10.21, элементы, расположенные слева от штриховой линии, соответствуют сигнальному контуру усилителя, а справа — нелинейной емкости вместе со вспомогательным контуром.
Полученная схема по существу совладает со схемой одноконтурного усилителя (см, рис. 10.19). Различие лишь в способе определения эквивалентной отрицательной пооводимости. Следует отметить, что приведенные выше соотношения можно было бы получить более коротким путем, на основе выражений (!0.44) — (!0.56). Подообиости, связанные с определением комбииа- цИОННЫХ КОЛЕбаНИй 1„„„, (Л) И Ьвв и, (1), ПрИВЕдЕНЫ С ЦЕЛЬЮ привлечения внимания к следующим преимуществам двухконтурного усилителя: а) эквивалентная отрицательная проводимость, а следовательно, и усиление мощности нг зависят от фазы нанряясениа накачки; б) не гиребуелгся соблюдение определенного соотношения между частотами гог и и»„.
Лиг Оба эти свойства двухкоитур-, 6»- лг р, рг1 1еа ного усилителя объясняются тем, что полная фаза комбинацион- НОГО тОКа 1м» В ВЫРажЕИИИ РИС. ЛО,З! Савва ЗаМЕщЕНИя Лзуа- (10.68), определяющая характер контурного иараметрического ус»и эквивалентной проводимости 6,„„ лителя. по существу является разностью фаз напряжения накачки и аа (Л). Пеовая из них имеет вид (са„'-» бв), а вторая (о1яг+ 6„— 6,) (без учета гр, и н/2). При обРазовании Разности Ои выпаДаег, а РазностнаЯ частота ыв — о1в в любом случае совпадает с частотой сигнала (поскольку гов = ° 1а го 1) Коэффициент усиления двухконтурного усилителя при резонансной частоте (гаг = и»рг) можно определить из выражения, аналогичного формуле (10.63): Кр = !»(1 + сгввв»2»гвг)» (! 0.70) где 6,„, вычисляется по формуле (10.69), а 6„— проводимость нагрузки сигнального контура.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
