Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (3-е изд., 1977) (1151959), страница 71
Текст из файла (страница 71)
При отклонении частоты сигнала го1 от резонансной частоты го, и соответственно частоты гоя от »ора модУль сопРотивлениЯ Я (ггив) УМЕИЬШаЕТСЯ, Чтс ПРИВОДИТ К УМЕНЬШЕНИЮ МОДУЛЯ 1тввв И СЛЕДО" вательно, коэффициента усиления по мощности. Основываясь на выражении (10.69), можно вычислить амплитудно-частотную характеристику и полосу пропускания двухконтурного усилитеия. Условие устойчивости усилителя в данном случае можно записать в форме ) бввв) = (гаСа/2) готгоа)з»»»я ( 2Си или и с 2 )»'2 р'С„/Йвяоггщг Со.
(10.7!) Рассмотрим энергетический баланс в двухчастотном усилителе в зависимости ог соотношения частот сот И Сов. Пусть заданы частота го, и мощность Р, сигнала на входе усилителя. Так как с повышением вспомогательной частоты ше модуль отрицательной величины 6«„н увеличивается (см. формулу (10.69)1, то и усиление по мощности Кр также Оастет (см. формулу (10.70)). Мощность сигнала на выходе усилителя будет Р«н = КрР' Лля определения требуемой мощности генератора накачки Р~, а также мощности Р „выделяемой во вспомогательном контуре, воспользуемся теоремой Мзнли-Роу. На основании выражения (10.55) можно записать следуюРн щИЕ СООтНОШЕНИя: 03« Р,== Р„;, Р н и мн Р Р +Р мх (Знак минус в последнем выраРис.
1Ц22. Соотношение мощностей женин ОНУЩен, так как очевидне риэли«ных «астотех н днухконтур- но, что зта мощность Отбирается ном параметрическом усилителе. от генератора накачки.) Соотно- шение мощностей ЄЄ„Р, н Р„иллюстрируется рис. !0.22. Из этого рисунка видно, что при шх ) со, на вспомогательном контуре выделяется мощность, ббльшая, чем на сигнальном. Таким образом, хотя с повышением частоты ах мощность Р„, и Растет, РаспРеделение мощности, Отбираемой от генератора накачки, изменяется в пользу частоты шх. Несмотря на это, часто работают в режиме «ох ) «ом так как при усилении слабого сигнала основное значение имеет не степень использования мощности Р„, а отношение мощности Р«и к Р„, т.
е. н' усиление Кр. Для иллюстрации количественных соотношений в двухчастотном параметрическом усилителе приведем следующий пример. ПУсть тРебУетсЯ осУществить Усиление сигнала на частоте 1х = = 30 МГц при ширине спектра 26|о = 100 кГц. Исходные данные первого (сигнального) контура: характеристика р, = 100 Ом; внутреннее сопротивление источника сигнала, шунтирующее контур, )г; = 5 кОм; сопротивление нагрузки )г„, = 5 кОм, Исходные данные второго (холостого) контура: резонансная частота ~рх — — 60 МГц; характеристика р, = 50 Ом; сопротивление нагрузки Я„х = 5 НОм. Прежде чем вычислять требуемую величину вариации емкости варикапа, найдем предельную величину проводимости 6,„„которую можно подключать к сигйальному контуру при заданной ширине спектра сигнала 2«Ч«.
Максимальная добротность сигнального контура (при шунтировании отрицательной проводимостью), очевидно, не должна превышать Ях ( ~х/2Л~« = 30 ' 10«/100 ' 10« = 300. При р, =- !00 Ом результирующая проводимость, шунтирующая первый контур, должна быть не менее 0» + Вн~ + Сэнв '> 1/рДм откуда Саню > 1/рА~ — (%~ + Сн~) = 1(рДз — 20„, = = — 367 1О ' см. Подставляя значении 6,„„„ым вз и Й„, в формулу (10.69'), находим тС,/2=ЛС/2= Цб,„„(7ы,в,А', = 3.10-хх сР, откуда ЛС = 6 10 м Р = 6 пФ.
Требуемую величину ЛС можно реализовать с помощью обычного варикапа. Существующие в настоящее время варикапы допускают, например, изменение емкости до 30 пФ. Коэффициент усиления мощности вычислим по формуле (10.70): Кр = ! / (1 — л, ): ! 47. В заключение отметим основные преимущества и недостатки параметрического усилителя. Важным преимуществом параметрического усилителя является относительно низкий уровень шумов по сравнению с транзисторным или ламповыми усилителями. В $?.2 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. Так„например, изменение емкости варикапа происходит за счет перемещений электронов н 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 лип~в 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 (б — 10) К. Недостатком параметрического усилителя является сложность развязки цепей накачки и сигнала. 6 схеме, представленной на рисунке 10.18, а, характерной для параметрических усилителей метрового диапазона, развязка осуществляется с помощью разделительных конденсаторов и блокиро- ючных дросселей. В диапззоне СВЧ, на которых особенно широко применяются параметрические усилители, приходится прибегать к весьма слоясным конструкциям, сочетающим в одном узле двух- частотную колебательную цепь в виде полых резонаторов, варикап и специальные элементы развязки (циркулятор, направленный ответвитель, поглотитель, заградительный фильтр).
Эти вопросы рассматриваются в специальных курсах. 1оло. преоврдзовдние чдстоты с помощью нелинейного РЕАКТНВНОГО ЭЛЕМЕНТА Рассмотренный в предыдущем параграфе двухчастотный паоаметрический усилитель можно использовать в качестве преобразова* теля частоты, если съем колебания осуществлять на комбинационной частоте. Длясхемыиа рис.
10.20 эта частота равна аз = ше— — гоы При шз =» ш, моцнност, которая может быть снята йа частота ш„больше мсицности на частоте со, входного сигнала а шзгш, раз (рис. 10.22). При работе в таком режиме имеет место «переворачивание», или «обрашение» спектра сигнала, как и в случае, рассмотренном в 5 8.10 при шг ) оз, (в схеме на рис. 10.20 роль гетеро- дина выполняет генератор накачки). При работе на СВЧ осуществление генераторов накачки на частоте, намного превышающей частоту сигнала, является трудной задачей. Кроме того, дальнейшая обработка сигнала при преобразовании частоты «вверх» очень усложняется. Поэтому наиболее рас- Рз=ггеу гзг а«г«г=а»»ыг ы»г ыг мз «гг=гзч«вг «г Рнс.
10 24. Соотношение мошностей в параметрическом нар«гивер»чиано»г преобразователе частоты. Рис. 1Ц23. Соотношение мощностей на различных частотах в параметрическом усилителе — преобразователе частоты. поостранен режим работы при близких частотах ш, и ш,. Усиление при этом достигается не за счет повышения отношения оззггвы а за счет эффекта регенерации. В диапазонах длинных,-коротких и ультракоротких волн, когда можно использовать мощные генераторы накачки с частотой, во много раз превышающей частоту сигнала, существует возможность сочетания параметрического усиления с преобразованием частоты «вверх». Спектрограмма подобного усилителя-преобразователя изображена на рис. 10.23. Усиленное колебание снимается на комбинационной частоте ш» = ш + ш .
Мощность этого колебания рав- на сумме мощности входного сигнала Р,, и мощности, отбираемой от генератора накачки Р„. При этом следует иметь в виду, что в рассматриваемом случае эффект регенерации отсутствует и непосредственно на частоте и, усиления нет. Нерегенеративное преобразование частоты можно осуществить также в схеме с нелинейной емкостью при использовании частоты накачки 1э ~ в, и выделении в нагрузке разностной частоты 1э, = ы1 — а„(рис. 10.24). В данном случае усиление вообще отсутствует. Единственным источнкком энергии является входной сигнал.
Эта энергия расходуется как в цепи, содержащей сопротивление нагрузки (на частоте 1э,), так и в цепи, содержащей генератор накачки. При использовании теоремы Мэнли-Роу (см. $ 10.5) этот результат вытекает из отрицательности Р,. 10.11. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В КОНТУРЕ С ПЕРИОДИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЮП1ЕР1СЯ ЕзИКОСТЫО Составим уравнение для колебательного контура, емкость которого изменяется по закону С (О = С„/(1 + и созтт) (10. 72) при Е =- соп51, г = соп51, а внешнее воздействие отсутствует: Š— +г1'+ — ) 1'(1) И=О. 11 СИ),) Переходя от тока 1 к ааряду д и учитывая выражение (10.72), получаем и у + ' Пу + (1+и соэт11 д (10.73) пт~ Е Й ЕСо — +2ан — +яэ (1+и соз'И) у =О, ~й~ й (10.74) где использовано обозначение а„= г/2Х;.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
