Файл: Слабкий Л.И. Методы и приборы предельных измерений в экспериментальной физике.pdf

4? 4

Рис. 88. Практическая схе­ ма двухконтурного парамет­

рического усилителя на ча­ стоту 30 Мгц

менте. Коэффициент усиления такой схемы (по мощности) равен*

сит название схемы регенеративного усилителя — преобразовате­ ля. В этой схеме отрицательное сопротивление вносится как в вход­ ной, так и в выходной контуры, причем наибольшее усиление при­ ходится на разностную частоту /„ — fs, поскольку она больше, чем частота fs.

Коэффициент усиления по мощности для такого усилителя опре­ деляется двумя факторами — регенерацией (т. е. внесением в кон­

усилителя, так и нерегенеративного усилителя — преобразователя. Такой усилитель имеет следующие положительные качества,

которые отличают его от одноконтурного усилителя: -

1)большая устойчивость работы при том же коэффициенте уси­ ления;

2)более широкая полоса усиливаемых частот;

198

3)независимость усилительных свойств от небольших отклоне­ ний частоты /и от ее среднего значения;

4)возможность применять для накачки сигнал с произвольной частотой fiI > fc;

5)развязка входной и выходной цепей за счет различной на­ стройки входного Ь1С1 и выходного L 2C2 контуров, что дает воз­ можность повысить чувствительность такого усилителя.

Все сказанное позволяет сделать вывод, что наиболее перспек­ тивными для предельных измерений в физических экспериментах являются схемы двухкоитурных регенеративных усилителей — преобразователей.

Параметры элементов усилителя следующие: катушка L x на­ мотана на каркасе диаметром 16мм и имеет 17 витков эмалированного провода ПЭЛ-1,0 с отводом от 3/ 4 первого (считая от земли) витка. Катушка L3 намотана на каркасе такого же диаметра и имеет 5 вит­ ков провода ПЭЛ-1,0 с отводом от половины первого витка. Контур I.sCa (Ь2 = 0,5 мГ) настроен на частоту f„ = 144 Мгц.

Данные усилитель имеет очень низкий фактор шума — всего около 0,2 и позволяет получать в сверхрегенеративном режиме

лектор — база транзистора П403. Коэффициент усиления по мощ­ ности составляет около 8—10 при мощности накачки 0,2 Вт.

Катушки А, и Аз намотаны на полистироловых каркасах диа­ метром 1.0 мм и длиной I — 40 мм. Число витков катушки Lx рав­ но 16, она намотана голым медным проводом диаметром 0,7 мм с шагом принудительной намотки h — 1,5 мм. Отвод к источнику сигнала от 5-го витка, считая от заземленного витка.

Катушка Ь3 без каркаса, она содержит 2,5 витка голого медного провода диаметром 1,5 мм.

В заключение настоящего параграфа надо отметить, что пара­ метрические усилители целесообразно применять, если внутреннее

скольку именно в этом случае в полной мере могут проявиться все преимущества таких устройств.

§ 4. Электронные схемы на полевых транзисторах

Полевые транзисторы обладают следующими положительными качествами:

1) низкий уровень собственных шумов, обусловленный отсут­ ствием рекомбинационных эффектов (рекомбинационный или мер­

199

цательный шум за счет флуктуации числа носителей заряда, про­ порциональный току / через переход, скорости рекомбинации sr и ширине полосы Л/ равен

где С, ß и у — постоянные коэффициенты);

2)высокое входное сопротивление (RBX ~ (10 4- 100) Мом на низких частотах), обусловленное обратным сопротивлением диод­ ного перехода затвора;

3)большое усиление и близкие к пентодным вольт-амперные характеристики;

4)малые габариты и высокая надежность работы;

5)возможность устойчивой работы без принятия специальных мер по температурной компенсации режима и в условиях криоген­ ных температур.

Конструктивно полевой транзистор представляет собой пла­ стинку полупроводника р-типа и два р — /г-перехода, причем с про­ тивоположных торцов ^-полупроводника имеются два контакта —

исток и сток (см. рис. 90), которые эквивалентны катоду и аноду обычной вакуумной лампы. Соединенные между собой контакты от двух я-полупроводннков эквивалентны управляющей сетке элект­ ронной лампы и носят название затвора. Под действием электри­ ческого поля, приложенного к р — я-переходу (затвор), изменяет­ ся проводимость «канала» — области между двумя я-полупровод- никами.

Типичные вольт-амперные характеристики полевого транзисто­ ра приведены на рис. 91.

Обычно диффузионные полевые транзисторы имеют крутизну вольт-амперной характеристики ~(0,1 н- 1) мА!В при токе / =

Рис. 90. Структура зон проводимости полевого транзистора

Рис. 91. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора

U^, £/д — напряж ения на «стоке» н «затворе»

гоо

ограничивает их применение сравнительно низкочастотной областью (/< (0,2 ч - 0,5) Мгц): Коэффициент усиления по мощности для полевых транзисторов, включенных по схеме с общим истоком, может достигать на низких частотах величины порядка К (Р)= Ю3, а для специальных полевых транзисторов с изолированными зат­ ворами К(р) > 103.

Рис. 92. Различные способы включения полевых транзисторов

Включение полевого транзистора в схему можно осуществить тремя способами — с общим истоком, с общим стоком, с общим зат­

1. Схема с общим истоком

Данная схема обладает малым уровнем собственных шумов при малом смещении на затворе, имеет высокое входное сопротивление и достаточно большой коэффициент усиления по напряжению, равный

< 5 Л 6 >

где р = s0ra — коэффициент усиления транзистора; гд — его вы­ ходное динамическое сопротивление; RH— сопротивление нагруз­ ки; s0 — крутизна.

2, Схема с общим стоком

5 Некоторые типы сплавных полевых транзисторов имеют крутизну 0,5— 1,5 мА/В, I = (50 ч 10)жЛ и Uц _ с = (25ч 35) В.

201

Рис. 93. Схема предусилителя с высоким входным сопротивлением, собранная на полевом транзисторе

Рис. 95. Принципиальная схема высокочастотного генератора на полевом транзисторе

а выходное сопротивление

т. е. данная схема эквивалентна обычному катодному повторителю.

3. Схема с общим затвором

Рассмотрим теперь несколько Конкретных схем с применением полевых транзисторов.

202

На рис. 93 [30] приведена схема входного каскада усилителя с высоким входным сопротивлением, который может применяться для измерения в высокоомных цепях, а также работать в качестве усилителя сигналов пьезодатчиков. Этот каскад имеет коэффициент

Полевые транзисторы могут быть использованы и для создания генераторов высокой частоты. Схема генератора на частоту/= (10 — -^15) Мгц приведена на рис. 95 [30].

Одной из особенностей полевых транзисторов является зависи­ мость емкости затвор — сток от величины приложенного к ней на­ пряжения смещения,

Как уже отмечалось выше, ввиду отсутствия рекомбинационных шумов в полевых транзисторах последние обладают низким уровнем шума, что делает целесообразным их применять в качестве нелиней­ ных элементов параметрических усилителей с использованием пере­ хода затвор — сток в качестве нелинейной емкости.

§ 5. Схемы на туннельных диодах

Туннельные диоды характеризуются наличием падающего участ­ ка на вольт-амперной характеристике (рис. 96), что означает существование отрицательного дифференциального сопротивле­ ния.

Отрицательное дифференциальное сопротивление может играть роль регулятора, изменяющего поступление энергии в нагрузку от внешнего источника. Рассмотрим действие такого регулятора на примере схемы, изображенной, на рис. 97 [31].

Рис. 96. Вольт-амперная характеристика туннельного диода

' Рис. 97. Эквивалентная схема усилителя на туннельном диоде

203