Файл: Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие].pdf

Для упрощения дальнейших рассуждений будем временно счи­ тать, что в ПУ применен одиночный контур с сосредоточенными параметрами. Тогда вся емкость колебательной системы оказывает­ ся заключенной в конденсаторе, а индуктивность в катушке. Такие контуры применяются в ПУ метрового диапазона волн.

Известно, что напряжение на заряженном конденсаторе

Из этой формулы хорошо видна идея параметрического усиле­ ния. Она заключается в следующем. Если при неизменной величи­ не накопленного в конденсаторе заряда q осуществить уменьшение его емкости С, то произойдет возрастание напряжения Uc-

Но емкость конденсатора

где е — диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

сeS

Следовательно, при неизменной величине заряда q напряжение на конденсаторе пропорционально расстоянию между его пласти­ нами. Если увеличить d, то произойдет увеличение Uc. Физически это объясняется тем, что между пластинами действует оила взаим­ ного притяжения. Поэтому на увеличение расстояния d придется затрачивать определенную механическую энергию. Она будет рас­ ходоваться на увеличение потенциальной энергии электрического поля конденсатора. В результате преобразования механической энергии в электрическую и произойдет увеличение напряжения Uc.

Совершенно очевидно, что приращение напряжения на конден­ саторе пропорционально приращению d, т. е.

AU =J-.Ad.

Поэтому с учетом предыдущего уравнения получим

Шс Ы_

Uc— d •

т. е. относительное приращение напряжения на заряженном конден­ саторе равно относительному приращению расстояния между его пластинами.

В реальной схеме ПУ в качестве конденсатора контура исполь­ зуют запертый электронно-дырочный переход полупроводникового

377

диода. Объясняется это тем, что емкость п—/j-перехода легко изме­ нять электрическим способом при помощи вспомогательного высо­ кочастотного генератора. Его принято называть генератором на­ качки.

'вы*

"вых

Г

Ггнератор на ка чки

Рис. 2.141. Схема параметрического усилителя с из­ меняющемся емкостью контура

" , Г

Рис. 2.142. Принцип усиления синусоидального сигнала в параметрическом усилителе

Простейшая схема ПУ с таким генератором приведена на рис. 2.141. Графики, поясняющие принцип работы этой схемы, изо­ бражены на рис. 2.142.

3 7 8

Предположим сначала, что генератор накачки выключен и ем­ кость контура неизменна. Расстояние между пластинами конден­ сатора равно d\. Тогда в контуре существуют вынужденные коле­ бания с неизменной амплитудой (например, радиоимпульсы). На­ пряжение на контуре синусоидально. За счет резонансных свойств контура и способа его включения к входным и выходным зажи­ мам усилителя выходное напряжение несколько больше входного. Но мощность на выходеусилителя меньше, чем на входе.

Предположим теперь, что генератор накачки включен и резко изменяет расстояние d между пластинами конденсатора. В мо­

тора накачки передается электрическому полю конденсатора и напряжение ис резко возрастает. Когда же напряжение ис оказы­ вается равным нулю и вся энергия сигнала находится в магнит­ ном поле катушки индуктивности L (моменты t2, U 16 и т. д.), рас­ стояние между пластинами конденсатора опять становится рав­ ным d\. Поскольку при этом электрического поля в конденсаторе нет, энергия генератора накачки на сближение пластин не расхо­ дуется.

Периодическое изменение емкости конденсатора по указанному закону приводит к быстрому нарастанию амплитуды колебаний в контуре. Происходит это до тех пор, пока энергия, расходуемая генератором накачки, не станет равной энергии, выделяемой в кон­ туре на его активном сопротивлении. С этого момента времени процесс нарастания амплитуды колебаний прекращается, а форма напряжения ыс становится практически синусоидальной.

Рассмотренный процесс представляет собой только теоретиче­ ское рассуждение о принципе работы параметрического усили­ теля с резко изменяющимся расстоянием между пластинами кон­ денсатора контура.

В действительности изменение емкости контура происходит не скачками, а плавно. Поэтому форма нарастающего напряжения ис с самого начала процесса синусоидальна. Для этого реального случая работы ПУ графики, поясняющие процесс усиления, изо­ бражены на рис. 2.143. Из них видно, что для осуществления про­ цесса усиления в ПУ необходимо выполнить два условия: изме­ нение емкости контура должно происходить с удвоенной частотой сигнала; величина емкости должна становиться минимальной в моменты максимального напряжения на конденсаторе и макси­ мальной в те моменты, когда оно равно нулю. Первое условие на­ зывается частотным, а второе фазовым.

ливаемый сигнал. Это обстоятельство служит причиной недостат­ ка простейшей схемы. Он заключается в том, что тепловые шумы сопротивления нагрузки попадают в контур усилителя, там уси­ ливаются и снова поступают в нагрузку. Для устранения этого

379

недостатка в одноконтурных усилителях между выходными зажи­ мами и нагрузкой приходится помещать специальное устройство с однонаправленной проводимостью высокочастотных колебаний.

r W r W r r Y tr

/77 вЫХ

Рис. 2 . 143 . Процесс уоиления синусоидального сигнала в пара­ метрическом усилителе

380

жит для настройки цепи накачки. Дополнительными элементами настройки этого волновода являются настроечные винты 6. На­ стройка волновода генератора накачки осуществляется так, чтобы диод оказался в пучности электрического поля волновода 4. В этом случае изменение емкости диода получается максимальным.

Электромагнитная волна входного сигнала, взаимодей­ ствуя с изменяющейся емко­ стью диода значительно уси­ ливается. Выходной сипнал распространяется по сигналь­ ному волноводу навстречу входному сигналу до ферритового циркулятора, после чего эти сигналы разделяются.

кость изменяется при помощи электромагнитного поля, поступаю­ щего к нему по волноводу 4 от генератора накачки. Такой режим

стояния между диодами выбираются так, чтобы по мере прохо­ ждения сигнала происходило нарастание его мощности.

381