Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 13

Основными источниками шума в ЭПУ является неравномер­ность истечения электронов из электронной пушки по направле­нию. Такие электроны еще до входного устройства начинают дви­гаться по спирали. В силу произвольного выхода_, этих электронов из электронной пушки энергия, связанная с их циклотронным дви­жением, является энергией шума. Однако шумы, связанные с дач­ным эффектом, существенно уменьшаются во входном устройстве. Электроны отдают энергию шума входному устройству. В резуль­тате этого после входного устройства электронный луч становится свободным от электронов, несущих энергию шума.

Процесс снятия шумов с электронного луча называют «охлаж­дением луча». Благодаря своим достоинствам (малый коэффициент шума, большой коэффициент усиления по мощности, высокая ли­нейность амплитудной характеристики и высокий динамический диапазон) электронно-лучевые усилители нашли широкое приме­нение в приемных устройствах различного назначения.

2.2.3. Параметрические усилители на полупроводниковых диодах

Параметрический усилитель на полупроводниковом диоде (ППУ) обеспечивает усиление сигнала за счет энергии высоко­частотного источника, вводимого в колебательную систему путем принудительного периодического изменения емкости варикапа. За счет этого общее активное сопротивление контура, оставаясь по­ложительным, уменьшается, в результате его добротность уве­личивается и создаются условия для усиления сигналов.

По отношению к слабым колебаниям сигнала система будет линейной с переменными во времени параметрами. Для анализа ее свойств можно использовать выводы изложенной в первом раз­деле теории линейных каскадов с переменными параметрами.

Параметрические полупроводниковые усилители могут работать в различных режимах. Эти режимы удобно рассматривать на при­мере трехчастотной параметрической системы, эквивалентная схе­ма которой изображена на рис. 2.15.

                        Она включает нелинейный конденсатор и три контура, настроенные на суммарную частоту

 разностную частотуи частоту сигнала

Если черезобозначить периоды колебаний на частотах а через  -  энергию   указанных колебаний, то их средние мощности равны:

Если реактивность не имеет потерь, то согласно закону сохра­нения энергии сумма всех мощностей сигналов равна нулю:

Учитывая, что

 Следует

Эти соотношения, называемые уравнениями Мэили и Роу, позво­ляют оценить потенциальные возможности параметрических уст­ройств  в различных  режимах  работы.

Практический интерес представляют следующие частные слу­чаи.

Пусть в параметрической системе используются линь два кон­тура, настроенные на частотыи. При условииэнерго­частотные соотношения  будут иметь вид:

Поскольку фильтр, настроенный на разностную частоту пассивен, то на нем рассеивается мощность Р_. На этом основании ее считают положительной  В силу этого из уравнений следует, чтоЭто означает, что энергия систему вводится от генератора накачки, а в фильтрах разност­ной и сигнальной частот она рассеивается.

При большом значении Р_и потери в используемых контурах могут полностью компенсироваться. В этом случае параметричес­кая система возбуждается и генерирует колебания на частотах.

В недовозбужденном состоянии она работает как регенератив­ный усилитель. Усиленные колебания можно снять на частотах.

Поскольку разностная и сигнальная частоты связаны соотно­шением то спектр колебаний на разностной частоте является зеркальным отражением спектра сигнала относительно частоты (рис.  2.16).

На приведенном рисунке стрелками указаны направления пере­носа энергии. От генератора накачки энергия отбирается, а контурами сигнальной и разностной частот она поглощается. Кроме того, между указанными контурами происходит обмен энергией за счет параметрических преобразований. В процессе этих преоб­разований осуществляется компенсация потерь в контурах за счет энергии генератора накачки, то есть имеет место процесс регене­рации.

Данная система может представлять двухконтурный регенера­тивный усилитель  или усилитель-преобразователь.

В случае использования в параметрической системе контуров, настроенных на сигнальнуюи суммарнуючастоты, энергочастотные уравнения  будут  иметь  вид:

Поскольку  то из данных    уравнений вытекает, что . Следовательно, на создание колебаний суммарной частоты в такой системе затрачивается энергия генератора накачки и входного сигнала. При этом между контурами отсутствует обмен энергией, то есть, нет регенерации колебаний. Более того, сигнал на частотеослабляется (компенсируется). При этом величина компенсирующего сигнала пропорциональна напряжению генера­тора накачки. Это означает, что данную параметрическую схему можно использовать в качестве компенсатора помех при замене напряжения накачки напряжением компенсационного канала.

Такая система может использоваться и как двухконтурный усилитель-преобразователь. Он всегда устойчив. Его потенциаль­но достижимый коэффициент усиления мощности равен:

Расстановка спектров в таком усилителе изображена на рис.  2.17.

Если в параметрической системе  и (п — целое число), то такая система представляет собой умножитель частоты.

Характерной особенностью такого умножителя является высокие КПД. Это обусловлено малостью потерь, имеющих место в систе­ме.

Регенеративные полупроводниковые усилители, как правило, используются в  отражательном  режиме.

Принципиальные схемы ППУ различны и зависят от диапазона частот и используемой элементной базы. Усилители могут быть выполнены на элементах с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Несмотря на различные конструкции, эквивалентные схемы уси­лителей одинаковы и имеют вид (рис. 2.18).

            Фильтры сигнальной частоты (ФСЧ) и разностной частоты (ФРЧ) связаны с помощью закрытого варикапа, к которому подведено напряжение накачки. Емкость диода периодически меняется под действием напряжения накачки С_н.