Файл: Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ..pdf

Емкость Cag образует обратную связь между выходом и входом

схемы.

При включении триода по схеме с заземленной сеткой (рис. 222, б) входное напряжение wDx подается также между сет­ кой и землей, а выходное напряжение мВых снимается между анодом и землей.

Но вследствие заземления сетки выходом схемы ТЗС стано­ вится участок лампы анод — сетка. При этом емкость Cag оказы­ вается включенной в состав анодного контура и ее вредное влия­ ние устраняется настройкой этого контура. Емкость СПк, общая

Рис. 222. Способы включения триода

для входной и выходной цепей, определяет величину обратной связи в схеме ТЗС. Так как расстояние между анодом и катодом гораздо больше, чем между анодом и сеткой, то величина емко­ сти обратной связи Сак схемы ТЗС будет гораздо меньше емко­ сти обратной связи схемы ТЗККроме того, емкость Сак схемы ТЗС в значительной мере нейтрализуется заземленной сеткой, которая находится между анодом и катодом и является экраном. Поэтому схема ТЗС имеет меньшую величину обратной связи, что позволяет применять ее для усиления более высоких частот без опасности самовозбуждения.

Принципиальная схема УВЧ на триоде с заземленной сеткой показана на рис. 223. В данной схеме сетка лампы соединяется со входом и выходом усилителя. Обратная связь между входным и выходным контурами ДС| и Ь2С2, настроенными на частоту станции, слабая, так как она осуществляется через малую ем­ кость лампы СакЭтим й объясняется устойчивая работа кас­ када.

Цепочка RKCHявляется элементом автоматического смещения в цепи катода для установления режима работы усилителя. Со­ противление Rn в анодной цепислужит для расширения полосы пропускания усилителя, так как по переменному току высокой частоты оказывается включенным параллельно анодному конту­ ру Ь2С2. Для изоляции сетки от постоянного напряжения на ано­ де лампы в цепь включен разделительный конденсатор Ср. А н о ­

228

дное питание подводится к лампе через развязывающую цепочку ReCб, устраняющую связь по высокой частоте через источник анодного питания, благодаря чему уменьшаются паразитные свя­ зи и опасность самовозбуждения. Если УВЧ имеет два каскада усиления, то применяют схему ТЭС—ТЭС или ТЭК—ТЭС.

В диапазоне дециметровых волн в УВЧ применяются специ­ альные высокочастотные лампы (маячковые или металлокерами­ ческие) и колебательные контуры в виде отрезков коаксиальных

ЛИНИЙ.:

сзаземленной сеткой

Вдиапазоне сантиметровых волн наибольшее применение в УВЧ получили лампы бегущей волны (ЛБ;В). Они имеют широ­ кую полосу пропускания, малые шумы и большое усиление.

Всовременных радиолокационных приемниках большое при­ менение получили малошумящие безламповые параметрические

усилители (ЛУ).

В ПУ усиление поступающего сигнала осуществляется за счет энергии источника высокой частоты, периодически изменяющего реактивный параметр (емкость или индуктивность) контура и вносящего за счет этого энергию в контур.

В зависимости от способа изменения реактивности контура ПУ делятся на несколько типов: полупроводниковые, электрон­ но-лучевые, ферромагнитные.

Принцип работы полупроводникового ПУ, в котором проис­ ходит изменение емкости контура, можно пояснить на модели колебательного контура с конденсатором (рис. 224), пластины которого могут раздвигаться. Если быстро раздвинуть пласти­ ны конденсатора в момент максимума приложенного напряже­ ния (независимо от полярности), то придется совершить работу для преодоления сил притяжения между пластинами. Емкость

конденсатора зависит от расстояния d между его пластинами: еС

С = -д- 1 где 5 — площадь пластин, е — диэлектрическая прони­

цаемость'.. При раздвижении пластин емкость конденсатора С

229

уменьшается, а так как заряд q конденсатора при этом не ме­

дальнейшему увеличению напряжения путем раздвижения пла­ стин. Из приведенных формул видно, что напряжение на конден­ саторе зависит от расстояния между пластинами:

Напряжение усиливаемого сигнала будет увеличиваться вследст­ вие перехода энергии от механического источника накачки в электрический контур и возрастать до тех пор, пока рассеивае­

Гемердшор I накачки I

Рис. 224. Параметрический усилитель:

а — колебательны!! контур; 6 — блок-схема

мая в контуре энергия не станет равной энергии, затрачиваемой на раздвижение пластин. Так как напряжение на конденсаторе в течение одного периода дважды достигает максимума, то и механическое перемещение пластин должно происходить с ча­ стотой, равной удвоенной частоте усиливаемого сигнала: /н=2/с. В этом процессе энергия добавляется в контур каждые полпериода, т. е. накачка контура энергией производится с уд­ военной частотой сигнала. В радиочастотном диапазоне емкость конденсатора изменяется не механически, а электрически. В ка­

запирания которых зависит от величины напряжения на нем. Усилить сигнал можно также и при периодическом изменении

индуктивности контура. В диапазоне СВЧ в качестве переменной индуктивности используются ферриты в переменном магнитном поле. Их недостатками являются большая мощность генерато­ ров накачки, большой вес и габариты.

Наибольшее распространение получили диодные полупровод­ никовые ПУ благодаря простоте конструкции, малым габаритам

230

п весу, незначительной мощности генератора накачки н целому ряду других преимуществ.

Простейшим по конструкции и настройке полупроводниковым ПУ является одноконтурный усилитель (рис. 224, б).

Основным элементом усилителя является колебательный кон­ тур с полупроводниковым диодом, емкость которого меняется за счет подачи синусоидального напряжения накачки частоты fa.

Емкость полупроводникового диода можно представить со­ стоящей из постоянной емкости С0 и переменной ЛС, изменяю­ щейся с частотой генератора накачки. В усилении участвует только переменная часть емкости АС, а постоянная часть С0

Рис. 225. Усилитель СВЧ на туннельном диоде

влияет лишь на результирующую емкость контура, определяя его резонансную частоту.

Недостатком одноконтурного усилителя является подключе­ ние нагрузки к тому же контуру, к которому подводится и усили­ ваемое напряжение. Это приводит к тому, что шумы нагрузки мо­ гут попадать на вход усилителя и возвращаться в нагрузку уси­ ленными. Коэффициент шума при этом значительно возрастает.

Для уменьшения коэффициента шума нагрузку подключают к усилителю через устройство, обладающее однонаправленным действием. В диапазоне СВЧ такими свойствами обладают не­ взаимные устройства: вентили и ферритовые циркуляторы. В ка­ честве однонаправленных систем могут также использоваться двойные Т-образные волноводные мосты и направленные ответ­ вители.

Кроме описанных выше усилителей применяются параметри­ ческие усилители бегущей волны (ПУ—БД)'. В них использует­ ся большое количество полупроводниковых диодов, расположен­ ных в определенном порядке вдоль длинной линии или внутри волновода. ПУ—БВ характеризуются широкой полосой пропу­ скания и способностью усиливать волны, распространяющиеся

водном направлении, в результате чего отпадает необходимость

вприменении циркулятора.

2 3 1

Использование туннельных диодов (ТД) на СВЧ позволяет получить усилители с малыми собственными шумами. Усиление в них осуществляется за счет энергии источника постоянного тока, вносимой в контур полупроводниковым диодом, использую­ щим туннельный эффект. За счет туннельного эффекта вольт-ам- перная характеристика ТД (рйс. 225, а) имеет падающий участок, когда увеличение прямого смещения приводит к умень­ шению тока. Сопротивление ТД на этом участке является отрица­ тельным, и при этом энергия от источника постоянного тока (ис­ точника смещения) вносится в контур. Устройство усилителя сантиметрового диапазона на ТД схематически показано на рис. 225, б.

§ 4. Преобразователи частоты

Преобразователь частоты предназначен для понижения ча­ стоты /с принятого сигнала до промежуточной частоты /п. ч. Он состоит из двух каскадов: гетеродина и смесителя.

На смеситель от УВЧ поступают колебания с частотой fc и от гетеродина с частотой /г. В результате сложения двух напряже­ ний с различными частотами в некоторые моменты их ампли­ туды складываются, а в другие вычитаются. Поэтому ампли­ туда суммарного напряжения (амплитуда биений) будет изме­ няться с частотой, называемой промежуточной. На выходе сме­ сителя с помощью колебательного резонансного контура "выби­

Вметровом диапазоне частот радиолокационных приемников

вкачестве гетеродина применяют обычные трехточечные схемы,

ав качестве смесителя используют триод (рис. 226). Входной контур Lr С, настраивается на частоту сигнала. Выходной кон­ тур L>C2 настраивается на промежуточную частоту. В анодную цепь лампы включены развязывающая цепочка по высокой ча­ стоте R5C5 и сопротивление Ra, расширяющее полосу пропуска­ ния смесителя. Цепочка /?фСф — фильтр по высокой частоте для

выделения промежуточной частоты из остальных составляющих тока лампы. Цепочка RKCK— элементы цепи автоматического смещения смесителя.

Напряжение гетеродина частоты /г действует между сеткой и катодом лампы. Переменная составляющая анодного тока лам­ пы будет проходить по цепи: плюс индуктивности связи Ьсв, лам­ па Л конденсатор Сф, земля, конденсатор Ск и минус катушки LCB. В выходной контур L2C2 ток не пойдет вследствие большого' сопротивления индуктивности фильтра Ьф для токов частоты

fгЗ^ fa. ч-

Сприходом сигнала от УВЧ на вход смесителя на участке

сетка—катод лампы будет дополнительно действовать напряже­

232

ние частоты /с, изменяя анодный ток лампы дополнительно с ча­ стотой /о по цепи: плюс L\, лампа Л, конденсатор Сф, земля, минус Lb В выходной контур Ь2С2 ток частоты fc также не пой­

дет, так как fc Э> fn. ч-

На сетке лампы произойдет сложение обоих колебаний и анодный ток будет пульсировать с частотой биений, т. е. проме­ жуточной частотой. Для тока частоты fn.4 сопротивление Сф бу­ дет больше, чем сопротивление индуктивности Сф. Поэтому он пойдет по цепи анод Л, индуктивность Сф, конденсатор Ср, кон­ тур L2C2, земля и катод Л\.

При прохождении тока частоты /п.ч через контур С2С2 в нем будут происходить вынужденные колебания, которые могут быть сняты с него на вход УПЧ в виде радиоимпульсов частоты fn.ч- Схемы преобразователей частоты дециметрового диапазона

В отличие от разобранной схемы сложение колебаний и получе­ ние биений происходят не в лампе, а во входном контуре.

На частотах выше 400 МГц наиболее эффективными являют­ ся диодные смесители. Они обладают малым уровнем собствен­ ных шумов. Недостатком такой схемы является отсутствие уси­ ления.

В сантиметровом диапазоне волн в качестве смесителя ис­ пользуют полупроводниковые кристаллические диоды (детек­ торы).

Кристаллический детектор помещают внутри коаксиальной линии пли волноводной линии. Он представляет собой единое целое с высокочастотной частью и согласующими элементами

(рис. 227).

233