Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 14

Диод с приложенным напряжением накачки при условии мало­го сигнала эквивалентен линейному четырехполюснику с переменными параметрами. Как было уже показано ранее, з фильтре сигнальной частоты происходит частичная компенсация потерь при внесении в него отрицательной проводимости за счет регенерирующего двухполюсника (РД), образованного из ем­кости варикапа, изменяющейся во времени,и фильтра разностной частоты (ФРЧ). Источник сигнала и нагрузка подключаются к усилителю через циркулятор. Поскольку в роли усилительного прибора выступает закрытый полупроводниковый диод, у которого нет дробовых шумов, то коэффициент шума такого усилителя мал.

Один из вариантов принципиальной схемы усилителя показан на  рис. 2.19.

Варикап VД1 с подстроечной емкостью С1 короткозамкнутым отрезком полосковой линии Р1 и отрезком полосковой линии P2 образуют колебательную систему, резонирующую на двух часто­тах / Полосковые полуволновые разомкнутые отрезки линии  представляют собой режекторные фильтры, позво­ляющие исключить прохождение сигналов разностной частоты и частоты накачки на  выход усилителя.

Колебания генератора накачки поступают через аттенюатор ч волновод, предельный для частоти что обеспечивает развязку усилителя и генератора.

            Падающая волна сигнала из плеча 1 циркулятора поступает в плечо 2, нагруженное на регенерированный сигнальный контур. Усиленная отраженная волна сигнала из плеча 2 поступает в плечо 3, в которое включена полезная нагрузка. Шумы этой нагрузки отводятся в плечо 4, где рассеиваются на согласованной погло­щающей нагрузке.

Анализ основных технических параметров ППУ проводится о использованием выводов теории линейных регенеративных усилите­лей, рассмотренных в первом  разделе учебника.

Технически реализуемые параметрические усилители на полу­проводниковых диодах работают в диапазонах частот 1...40 ГГц и имеют следующие параметры: коэффициент усиления мощности — 10...16 дБ, коэффициент шума—1,3...2 для неохлажденных тер­мостатированных усилителей и 1,1... 1,3 для усилителей, диодный узел которых охлажден до температуры жидкого азота; полоса пропускания— С1... 10) %   от рабочей частоты.

Увеличение коэффициента усиления при широкой полосе про­пускания может быть обеспечено путем каскадного включение усилителей.

Построение ППУ на основе гибридных микросхем приводит к уменьшению стоимости, габаритов, массы и повышению надеж­ности  работы.

2.2.4. Усилители на туннельных диодах

В усилителях на туннельных диодах (УТД), как и в других регенеративных усилителях, эффект усиления достигается за счет вносимой в фильтр сигнальной частоты отрицательной проводи­мости  при  помощи  регенерирующего двухполюсника.

Отрицательная проводимость в усилителе возникает в самом туннельном диоде при подаче на него постоянного напряжения. Высокая концентрация примесей в полупроводнике туннельного диода резко изменяет свойства его перехода. В частности, у та­кого диода толщина перехода составляет 10^-6 см. Это приводит к тому, что при постоянном напряжении U= 0,1В создается на­пряженность поля 10⁵ В/см. При этом создаются условия для преодоления электронами энергетического барьера, существующе­го в месте перехода. Возникающий при этом ток называется тун­нельным  током.

Благодаря туннельному эффекту вольтамперная характеристи­ка диода приобретает вид, показанный на рис. 2.20.

При выборе рабочей точки на падающем участке вольтамперная характеристики туннельный диод будет эквивалентен неко­торой  отрицательной  проводимости

При включении такого диода в колебательный контур получим регенеративный усилитель, обеспечивающий усиление за счет рас­хода  мощности  источника  смещения.

В соответствии с изложенным усилитель на туннельном диоде должен иметь фильтр сигнальной частоты и подключенный к нему регенерирующий двухполюсник (рис. 2.21), включающий туннель­ный диод с источником смещения и стабилизирующий двухполюс­ник.

            Для устойчивого режима работы УТД необходимо выполнить два  условия.

Первое состоит в том, чтобы нагрузочная характеристика по постоянному току (рис. 2.20) пересекла вольтамперную характе­ристику диода в одной точке А, лежащей на падающем участке.

Для  этого  необходимо

где R1—сопротивление цепи  смещения;

G_д— эквивалентная «отрицательная» проводимость туннельно­го диода.

            Второе условие заключается в обеспечении устойчивой работы УТД на частотах, отличающихся от рабочей частоты усилителя. Такая необходимость возникает в связи с тeм, что отрицательная проводимость туннельного диода лежит в широком диапазоне частот. Поэтому паразитный резонанс колебательной системы на высших частотах может привести к возбуждению усилителя. Для предотвращения этого явления ъ состав усилителя вводится ста­билизирующий двухполюсник, шунтирующий фильтр сигнальной частоты  на  высших  резонансных  частотах.

Имеется большое многообразие принципиальных схем усили­телей на туннельных диодах. Одна из принципиальных схема уси­лителя   приведена  на  рис.  2.22.

Фильтр сигнальной частоты образован отрезками полосковых линий замкнутых на конце (индуктивность), и разомкнутых  на конце   (емкость).

Низкоомной нагрузкой по постоянному току является резистор ГЦ (поглощающая шайба), зашунтированная по высокой частоте распределенной  емкостью.

В качестве стабилизирующего двухполюсника использованы отрезки линий, подключающие вне полосы пропускания к колебательному контуру шунтирующий активный резистор К2.

Современные усилители на туннельных диодах работают в диапазонах частот до 30 ГГц и имеют следующие параметры: коэффициент усиления мощности 10..-16 дБ, полоса пропускания — (2...20) % от рабочей частоты, коэффициент шума 2...5.

Основной вклад вносят дробовые шумы, образующиеся за счет протекания тока через р - n-переход. Мощность насыщения состав­ляет около  ^10-5 Вт.

2.2.5. Сравнительный анализ основных технических параметров современных малошумящих усилителей

            Шумовые и усилительные свойства малошумящих усилителей во многом определяют предельную чувствительность и коэффи­циент шума  приемных устройств.