Файл: Грабовски, К. Параметрические усилители и преобразователи с емкостным диодом.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 16.10.2024

Просмотров: 135

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

[£>] =

" 0

"

| =

|

0

, I ;

(4.206)

I "

 

. _ u

 

. - 2 - 1 , 0 .

_ — j 5 _ 1 / c o 0 _

(4.207)

IE] = [0

Z 0

_ J =

[0

— J V » - J -

На основе этих зависимостей рассчитаем эквивалентные пара­ метры ZN>N усилителя:

£ - 3 , - 3 _ 2

 

^-1. - 1 1 ^1 I 2

 

 

I

~ 3 ' ~ 3

 

ш г з 1 С 0 _ 2

2 _ х >

_ ! Z _ 2 , - а Н - | S i l a / < a - i ш - а

z ° - ° = z n

 

2 - 2 , - 2 I S i I 2

 

 

1

 

COoCO_l

Z _ 1 )

_ j . Z _ 2 >

_ 2 + | S x Р / Ш - ! 0 J _ 2

 

 

-3,0

 

S3 _!

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

Q o O J - i C O - a Z _ ! _ _ i Z _ 2 , - 2 - M S l | 2 / ш - 1 Ш - 2

Z»' - 8 = -

j

S?

 

 

I

<»_! w _ 2 «£3

Z - i , - i Z _ 2 |

_ 2 ^ 4 S 1 | 2 / C U _ 1 C U _ 2

 

 

а затем получим следующее выражение:

(4.208)

(4.209)

(4.210)

(4.211)

I S X I е

 

- X

 

S i I 2

 

c u o W l : i C 0 ^ 2 m i s 2 - l , - l Z _ 2 , - 2 - # - C 0 _ i C 0 _ 2 J

 

1

(4.212)

2 - 3 , - 3 0 J t 3 — Z - i , - ! ( D _ i I S t I 2

 

-i Z _ 2 , - 2 ^ - 3 , - 3

Вслучае, когда все три холостых контура не имеют потерь и наст­ роены в резонанс, получаем

 

2 _ з , - „ = / ? „

(4.213)

 

Z - i , _ i — Z _ 2 | _ 2

— Z_3 i

., — i?s ,

 

 

^ _

S i li6 "

l i

 

 

/ 4 214)

S

O J „ C U 2 1 0 l 2 « : 3 [ « S ^ | S i | 2 / ( u _ 1 M _ 2 ] [ W 2 - 2 | S 1 | 2 / C O _ 1 C O i 3 ] ^ s '

1 '

В этом случае условие получения усиления в усилителе можно

записать в следующем виде:

 

 

 

 

| Sj/R,

|в + 2ш0 ш _ 2 1 S J R , ^ © „ с о ^ с о ^ (сог з —со_2 ) | SJRS

|2

>

 

> c u 0 c o i 1 c o i 2

c o i 3 .

 

(4.215)

Для конкрентных диода и сигнальной частоты следует проверить, удовлетворяет ли выбранная частота накачки последнему неравенству.

Обменную температуру шума отрицательного сопротивления рас­ считаем в соответствии с (4.198) — (4.201), (4.212) с помощью выра­ жения

Т,отр"

2 0 , - з

2

. Z

з . - з

~ь

 

 

 

2 - о . -1 2-1,

2 - з , - 3

 

| Z _ 3 | - 3 ( Z _ 1 > _ 1 Z _ 2 | - 2 — Z - i , - 2 Z _ 2 , _ i ) — Z _ X | _ j Z _ 2 l _ 3 2 _ 3 j _ 2 +

154

 

I 2 - 3 , - 3 ( 2 - 1 , -iZ-2,

- 2 — 2 _ x > _ 2 Z _ 2 l

- i ) — Z 1 - t _ ! Z _ 2 | _ 3 Z _ 3 _ 2 |

которое можно

упростить:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.216)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

 

 

 

 

 

(RaTa+R0tTJM*

 

+

Г ° т р

Л1 [(I

S i |°/со0со2_, со-2

согз) -

 

R. WM]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

(R,TK

+

R.ltTt)

 

\s

 

7

 

7

 

- 3

'

I s i

I 2

' +

 

 

C O - i

 

л - 2 , - 2 ^ - 3 ,

C 0 _ 2 C 0 ; 3

 

 

 

 

 

 

 

\,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ (RaTn

+

 

 

R-itTt)^ c o . i C O - a

 

- 3 , - 3

+

 

 

 

 

 

 

+ ( Я 3 7 Д

+ Я _ 3 2

7;)

| 5 i [

2

 

 

 

 

(4.217)

 

 

 

C 0 _ i

C 0 - 2

C0j3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

W = | Z _ 1 , _ 1 Z _ 2

, _ 2

+ |S1

p/co^co^l,

 

 

(4.218)

 

 

 

 

 

 

М = |Z_3 , - з ( Z - x , _ ! Z _ 2

i

-2 + \S1

IVoo-!<в_в )-

 

(4.219)

 

 

 

 

— 2 - 1 , - 1 1 5 ! [3/co_i co_2|.

 

 

 

 

Температуру шума легче рассчитать, если предположить, что

контуры

усилителя не имеют

потерь и настроены в резонанс

(4.213).

В этом

случае

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

S i

 

21

 

 

 

 

 

 

 

T

—TJ -

 

C 0 _ l C 0 - 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

* отр

д

 

1 —

 

 

1

s 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C O - l

COia

Rs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iW-l—

C 0 i 3

4C0-2 — 2C0 - 2

C0j3 -f-C0j3

 

 

4

 

1

 

 

CO— i C0i 3

Rs

 

 

CO— 1

CO —2

C0j3

 

 

Rs

"Ь

2

2 2

 

 

 

 

 

 

CO—1

CO—2 C0t3

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— 1-

2 C 0 _ !

 

— C 0 ; 3

1L

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

C O _ l C 0 - 2 C 0 j 3

Rs

+ CO— 1 С0_2 С0;з I

Rs

 

 

COo CO— I CO—3 CO j3

Rs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.220)

Здесь, кроме параметров «накачиваемого» перехода 15Х | и Rs, появляются (4.175) еще частоты: сигнальная со0 и накачки сон . Если величины Rn и Г о т р известны (4.212), (4.214), (4.217), (4.220), то со­ ответствующие зависимости (§ 4.4) можно использовать для общего расчета параметрического усилителя.

При обсуждении усилителей сложной конструкции, к которым относятся также усилители со многими холостыми контурами, следует вспомнить о возможности использования для их анализа метода на­ правленных графов [4,66], отличающегося особой наглядностью. Дополнительным обоснованием рассмотрения именно этого метода является алгебраическая сложность формул, описывающих парамет­ ры этой разновидности усилителей.

Принципы применения указанного метода [35] рассмотрим на примере усилителя со многими холостыми контурами. Граф прохож­ дения сигнала в этом усилителе представлен на рис. 4.32, где, исходя

155

из принципа построения таких схем [35], отдельным узлам соответст­ вуют попеременно напряжения и токи определенных частот ш„. Верти­ кальные стрелки указывают на преобразования напряжения некото­ рой частоты ш т в ток той же частоты ат через сопротивление Z m m резонансного контура, настроенного на эту частоту. В соответствии с рис. 4.29 эти напряжения одновременно действуют на переменном эластансе, а токи одновременно протекают через него. Горизонтальные

 

 

 

 

Zoo

 

 

 

U-1 Z-ij)

 

Рис. 4.32. Граф

прохождения сигнала

 

о

 

 

 

 

в усилителе со

многими холостыми

 

Z-1,-1

|Z0,o

контурами (рис.

4.29).

и-г

 

 

 

 

 

 

 

 

'-2,-1

?0,-1

 

 

 

Z-2r2

Z-1,-1

 

 

U-з

U.

 

 

 

Z-3,-2

Z-1r2

 

 

 

z.•3,-3

Z-2,-2

 

 

 

1-3

 

 

 

 

Z.

 

 

 

9-

 

 

 

 

-#,-Л!

Z-N+t,-N+1

 

 

 

-ll+t-N

стрелки указывают на преобразования текущего через переменную емкость (эластанс) тока с некоторой частотой с о т в напряжение другой

частоты

ш„ на

нем.

Элементом, выполняющим

это

преобразование,

является

взаимное

сопротивление

Z n m

переменного

эластанса.

Проследим

теперь граф

прохождения

сигнала,

представленный

на рис. 4.32, начиная от узла U0,

который

представляет

возбуждаю­

щее напряжение сигнала (от генератора или

антенны). Собственное

сопротивление

сигнального

контура

Z 0 0

обусловливает

появление

составляющей тока с частотой со0,

поэтому узел

(напряжение) U0 сое­

диняем с узлом

(ток) / 0 . Ток 10, протекая через переменный эластанс,

вызывает на нем напряжения с частотами со0

± <вн и поэтому от узла / 0

проводим две горизонтальные стрелки, которые указывают на появление именно этих напряжений. Далее получаем два следующих узла: U_x

и U1. Из узла Ux

мы никуда не можем провести вертикальную стрелку,

поскольку

в

схеме

усилителя

не содержится

контура,

настроенного

на частоту

ах

=

со0

+ сои и

позволяющего

протекать

току 1Х этой

частоты.

 

 

 

 

 

 

 

156

Узел соединим вертикальной стрелкой с узлом I _ l t представ­ ляющим ток /_х в холостом резонансном контуре, настроенном на ча­ стоту со_1 =со0 — со,,. Из узла 1_х проведем далее две горизонтальные

стрелки,

символизирующие появление напряжений с частотами со_х ±

± с о н , т.

е. с частотами ю_2 = со0 —2сон , а также ю0 на переменном

эластансе в результате протекания через него тока с частоттой' со_х . Оба эти напряжения, назовем их соответственно 6 L 2 и UQ, оказыва­ ются в условиях, при которых возможно протекание токов с частотами со_2 и м0 , так как в цепи имеются контуры, настроенные на эти часто­ ты. Из узла U'U проводим вертикальную стрелку в узел 10, так как оба напряжения U0 и UQ действуют в одном и том же контуре и результи­ рующий ток, протекающий через этот контур, является суммой токов, вызванных обоими напряжениями. Из узла / _ 2 , аналогично тому, как мы поступили с узлом проведем две горизонтальные стрелки, от­ ражающие возникновение на переменном эластансе двух напряжений

U _ 3 и U[

с

частотами

со_2 ± сон , т.

е.

соответственно

со_3 =

со0 —

Зсо,, и а_г

=

со0 — сон .

Напряжение

U_1

обусловливает

протекание

составляющей

тока / _ х

в холостом контуре, настроенном

на частоту

со-!, поэтому соединим вертикальной стрелкой узлы с7_х и

I _ l t напря­

жение с7_з вызывает протекание тока

/ _ 3

в третьем по очереди

холос­

том контуре и так далее до появления

последнего тока I—ы с частотой

со_#. Если теперь на каждой из стрелок запишем символ соответствую­ щего сопротивления 2 т т и л и Z n _ m , через которое протекает опреде­ ленная составляющая тока в определенном резонансном контуре ли­ бо возникает определенное напряжение на переменном эластансе (рис. 4.32), то исходя из подготовленного таким образом графа, мо­ жем сразу же записать систему уравнений (4.188).

Например, на основании рис. 4.32

можем написать,

что

/ 0 = ( а д , о ) +

( е д , о ) ,

(4.221)

однако из того же рисунка видно, что

 

 

Щ = Z 0 , _ 1

/ - i ,

(4Л22)

а далее, объединив эти два соотношения, получим

 

V0 = Z0 , „/„ +

Z0 , _ Л -

(4-223)

Это уравнение находим и в (4.188). Аналогичным способом можно получить и остальные уравнения.

В случае, когда переменный эластанс содержит несколько гармо­ ник, то из каждого узла тока нужно проводить столько пар стрелок, сколько гармоник содержит эластанс. Например, k-я гармоника при­ водит к тому, что из узла тока с частотой соп нужно провести две стрел­ ки, соответствующие напряжениям с частотами ш„ ± kan на переменном эластансе".

х ) Единственным техническим преимуществом некоторых схем с несколь­ кими контурами, является возможность использования низкочастотной накачки

(Прим. ред.)

157 •

4.6.ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ С ЕМКОСТНЫМ ДИОДОМ

Рассмотрим несколько примеров конструктивных решений пара­ метрических усилителей, приведем их важнейшие технические данные

иобсудим возможности их применения.

ВПромышленном институте телекоммуникации в Варшаве раз­ работан простой параметрический усилитель [78] диапазона L , исполь­ зуемый в качестве усилительного входного каскада радиолокационной станции. Этот усилитель работал с четырехплечим циркулятором и обеспечивал усиление 20 дб в полосе 8 Мгц, а его эффективная входная

Вход сигнала

Рис. 4.33. Конструкция [78] параметри­ ческого усилителя, установленного в ра­ диолокационной станции в аэропорту Окенче в Варшаве:

/—настройка, 2—трансформатор,

3 — фильтр,

4—диод,

5 — диэлектрическая

прокладка, б —

 

поршень.

 

температура шума (вместе с циркулятором) составляла ~ 224° К- Применение усилителя в радиолокационной станции, на входе которой использовался обычный смеситель, привело к уменьшению коэффи­ циента шума с 13 дб до примерно 3 дб, что сказалось в увеличении дальности действия станции примерно на 75% без заметного ухудше­ ния эффективности действия схемы подавления отражений от местных предметов.

Схематически

конструкция этого усилителя представлена на

рис. 4.33. Сигнал

вводится (и выводится) в усилитель с помощью

50-омной коаксиальной линии, содержащей четвертьволновый импе­ данс-трансформатор, фильтр нижних частот и соединенной с широкой стенкой волновода. Емкостной диод помещен между изолированным по постоянному току от волновода металлическим диском, который является частью нижней стенки волновода, и внутренним проводником коаксиальной линии. Тонкая диэлектрическая прокладка между дис­ ком и волноводом образует короткое замыкание для токов СВЧ и од­ новременно дает возможность подвести к диоду напряжение смещения от железо-никелевого аккумулятора, который размещен в специаль­ ном корпусе (не показанном на рисунке) под волноводом. Цепь посто­ янного тока замыкается через внешние цепи, подключенные к линии подачи сигнала.

Задачей четвертьволнового трансформатора в цепи сигнала яв­ ляется преобразование характеристического сопротивления циркуля­ тора до величины, обеспечивающей получение минимального коэффи­ циента шума. Резонансный контур для холостой частоты образуется

158

Смотрите также файлы