книги из ГПНТБ / Грабовски, К. Параметрические усилители и преобразователи с емкостным диодом

где для упрощения двойные одинаковые индексы при собственных им-

а также в контур, настроенный на частоту сог:

г в ы х I = 1 + j U (CDj) + </;, f ] +

+ { — — Ф1 + j [?O,I<7I,O<7m + <7i,o<7o,i<7u]}/(zoZi + <?0). (3.93)

Из выражений (3.91)—(3.93) следует, что с помощью параметри­ ческой связи через переменный эластанс S (a>Ht) в отдельные контуры вносятся реактивные составляющие импеданса, которые не исчезают даже тогда, когда собственные импедансы zm<n будут настроены в ре­ зонанс для конкретных (отдельных) частот со„'. Появление этих состав­ ляющих зависит от второй гармоники S2 [см. (3.15), (3.57)].

Как показано в гл. 2, для большинства р-п переходов с накачкой необходимо считаться с существованием второй гармоники эластанса, которая может доходить до величины порядка (0,25—0,5) S±. В появле­ нии мнимой составляющей

от рассмотренных ранее трехчастотных преобразователей с одной бо­ ковой, а также от перехода с накачкой, в котором можно было прене­ бречь второй гармоникой эластанса.

Появление составляющей \q (3.94) в (3.91)—(3.93) указывает на тот факт, что в преобразователе целесообразно отличать так называе­

отдельных контуров преобразователя в отсутствие параметрической связи, от понятия так называемого «горячего» резонанса, под которым понимают резонанс входного и выходного импедансов соответственно с импедансом генератора и нагрузки:

Дальнейшие выводы из обсуждения (3.91)—(3.93) можно сделать, отделив в этих уравнениях действительные и мнимые части. Алгебраи­ ческие преобразования приводят тогда к следующим зависимостям:

91

на входе и выходе устройства, представляется полезным сравнить при­

92

на частоту щ, за исключением диода, о котором для общности полагаем, что он находится при температуре Г д .

В случае, когда нагрузка преобразователя находится в контуре,

где Tt — температура контура, настроенного на частоту со;. Выражения (3.108) и (3.109) пригодны для расчета" температуры

шума преобразователя с двумя боковыми при определенных условиях, однако из-за громоздкости они трудны для интерпретации и быстрой оценки шумовых свойств устройства1 '.

3.6.2.ПРИМЕР О П Т И М И З А Ц И И ПАРАМЕТРО В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Рассчитаем предельные значения температуры шума (3.109) пре­ образователя в случае, когда выполняется условие (3.107), соответст­ вующее неограниченному усилению преобразования. Выбор такого до­ пущения объясняется тем, что в реальном устройстве, как правило, добиваются как можно более высокого усиления и условия (3.107) вы­ полняются, если и не точно (чтобы не довести до возбуждения), то при­ ближенно.

Предположим, что Tt — 0, т. е. что холостой контур (без диода) находится при температуре абсолютного нуля. Это условие [35] только внешне противоречит практической ценности дальнейших рассужде­ ний. С его помощью сведем выражение для Тег только к первой состав­ ляющей. Далее получим определенные величины rt и постараемся по­ добрать такую частоту накачки, чтобы при ее выборе было необходимо

Х ) Трехчастотиый преобразователь обладает очень хорошими шумовыми ха­ рактеристиками как усилитель видеосигналов [43] . При этом можно компенсиро­ вать выходную емкость источника сигнала и тем самым получить высокоомный вход при широкой полосе частот. Отметим также, что приведенные в тексте фор ­ мулы справедливы не только для электрических схем — уравнения для емкост­ ного датчика механических перемещений совпадают с уравнениями трехчастотной схемы и, следовательно, для нее справедливы все конечные формулы [44, 45].

^Прим. ред.)

94

принять гг = 1, а это будет означать (3.109), что условие Г, = 0 пе­ рестает.

Но при этом возникает новое осложнение: при данной частоте сиг­ нала мы получим «навязанную», выходную частоту. Однако следует помнить, что параметрические преобразователи применяются для уси­ ления мощности с малыми шумами, а преобразование частоты — лишь побочный, неизбежный в этом случае, результат. Поэтому выходная частота, если она только не слишком велика, может быть любой.

Приняв далее Tt — 0 и используя условие (3.107)в при дополни­ тельном условии выбора начала отсчета времени так, чтобы

Qi,o — <7i,o предельное значение температуры шума равно минимальной температуре шума преобразователей с одной боковой (3.40), (3.72), (3.75) при одинаковых параметрах rs и Si диода при воздействии на-. качки.

Сложный алгебраический вид зависимостей (3.97)—(3.105), (3.108) и (3.109), характеризующих свойства преобразователя с двумя боко­ выми, делает невозможной оптимизацию его параметров. Ограничимся здесь лишь замечаниями, которые могут быть полезны при проекти­ ровании такого устройства. Как и раньше, рассмотрим пример преоб­ разователя с двумя боковыми и нагрузкой в контуре, настроенном на частоту со^ Чтобы получить большое усиление преобразования и малую

95

температуру шума при одновременном согласовании импедансов на входе и выходе

требуется решить систему из восьми нелинейных уравнений (3.97)— (3.100), (3.117), (3.118), которая легко может быть сведена до четырех уравнений путем подстановки:

Решение этой системы не представляется возможным каким-либо другим методом, кроме численного, и то с использованием ЦВМ. Из полученных таким способом решений ( г в х , х в х , а также г в ы х 1 , х В Ы х г ) для заданных параметров диода, частот сигнала и накачки, а также па­ раметров контура, настроенного на частоту <*>,•,('';. х{), далее могут быть использованы только те, которые удовлетворяют условиям

0 < л в х < со, 0 < r B b I X i < со. (3.120)

Для величин, удовлетворяющих (3.120), проверяются условия получения достаточно большого усиления (3.105) и достаточно малой температуры шума (3.109). Если получены неприемлемые величины Gel, Те1, то следует изменить параметры холостого контура (rit х{), частоту накачки либо условия накачки р-п перехода и решение повторить. В случае необходимости можно ввести в качестве параметра темпера­ туру охлаждения диода Tv и холостого контура 7V

При учете потерь в контурах преобразователя их рассматривают как часть сопротивления генератора, нагрузки холостого контура и на­ грузки в выходном контуре, что не оказывает принципиального влия­ ния на механизм расчета.

Следует подчеркнуть, что описанный способ расчета преобразова­ теля с двумя боковыми может быть полностью автоматизирован бла­ годаря использованию ЦВМ.

3.6.3.ЗАВИСИМОСТИ Д Л Я ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ДБ"»МЯ

БО К О В Ы М И ТИПА Д Е М О Д У Л Я Т О Р А

Зависимости, полученные для преобразователя с двумя боковы­ ми типа модулятора (с повышением частоты), можно отнести также и к преобразователю с двумя боковыми типа демодулятора (с понижением частоты). Единственные модификации, какие необходимо учитывать при использовании приведенных зависимостей, идентичны с теми, ко­ торые уже обсуждались в § 3.3 и 3.5.

96

Аналогично температуры шума выражаются следующим образом:

и«горячего» резонансов;

—бесконечно большое усиление преобразования может быть по­ лучено при выполнении одного из условий:

которые в случае настройки в резонанс отдельных контуров сводятся только к трем реально возможным:

Например, условию (3.136) в' соответствует минимальная темпе­ ратура шума

которая может быть достигнута при резонансе преобразователя без дополнительной нагрузки в холостом контуре (rt — 1) при оптималь­ ной частоте накачки, равной

что следует из необходимого условия минимизации

98

Рис. 3.30. Лабораторная модель [17] преобразователя с двумя боковыми типа модулятора для диапазона L с накачкой в диапазоне X.

В канале гетеродина приемника создается частота / „ + / 0 — / п ч , которая смешивается с полученной в канале сигнала частотой / н + /о- Затем мощность промежуточной частоты / п ч приемника усиливается многокаскадным усилителем. Конструкция элементов этого канала аналогична элементам канала сигнала. В этом случае роль генератора сигнала выполняет гетеродин. Остальные элементы не требуют объяс­ нений.

Устройство, показанное на рис. 3.30, можно легко преобразовать в трехчастотный преобразователь с нижней боковой типа модулятора (§3.4). На рис. 3.32 показана схема такого преобразователя с дополни­ тельным упрощением, заключающимся в использовании в качестве ге­ теродина генератора диапазона X. Дополнительного пояснения требует

100