книги из ГПНТБ / Левичев В.Г. Радиопередающие и радиоприемные устройства [учеб. пособие]

тогда получается каскад резисторно-трансформаторный или рези- сторно-дроссельный.

3. По числу усилительных приборов в каскаде их делят на однотактные и двухтактные. Самостоятельные группы составляют каскодные усилители и усилители на составных транзисторах.

4. В особые группы выделяют усилители колебаний СВЧ: на лампах бегущей волны, на туннельных диодах, параметрические усилители, молекулярные усилители и другие.

2.Реальный и испытательный сигнал

Влюбом усилителе усиление электрических сигналов осуще­

ствляется путем преобразования энергии источника питания. Дан­ ный процесс возможен благодаря использованию усилительного прибора. Наиболее часто усилительным прибором является лам­ па или транзистор. Управление усилительным прибором осуще­

Следовательно, реальный сигнал содержит много гармоничных составляющих. Он имеет определенную полосу рабочих частот.

Для упрощения теоретических расчетов усилителей обычно

мощью испытательного сигнала можно так же определять вход­ ное и выходное сопротивления усилителя.

Под частотными свойствами усилителя понимают его способ­ ность усиливать синусоидальные сигналы различной частоты. Эта способность усилителя характеризуется частотной характери­ стикой.

Под амплитудными свойствами усилителя понимают его спо­ собность усиливать сигналы различной величины (амплитуды). Эта способность усилителя характеризуется амплитудной харак­ теристикой.

Под энергетическими свойствами усилителя понимают эффек­ тивность процесса преобразования энергии источника питания в энергию полезных выходных сигналов. Эта способность усилителя характеризуется его коэффициентом полезного действия и другими энергетическими величинами.

Для выяснения частотных свойств усилителя необходимо из­ менять частоту испытательного сигнала, а его величину иметь достаточно малой.

Для выяснения амплитудных свойств усилителя необходимо изменять величину (амплитуду) испытательного сигнала, а его

2TQ

его КПД и нелинейные искажения при заданной величине испыта­

3. Обобщенная схема усилителя

Любой усилитель может быть представлен схемой, изображен­ ной на рис. 2.10. Она верна для усилителя с любым числом кас­ кадов.

Усилител

Рис. 2.10. Обобщенная схема усилителя

Из схемы видно, что усилитель имеет три цепи: входную, вы­ ходную и цепь обратной связи.

Входная цепь усилителя характеризуется входным сопротив­ лением ZB X . Оно может быть комплексным, реактивным или ак­ тивным (рис. 2.11).

Выходная цепь усилителя характеризуется величиной ЭДС ус­ ловного эквивалентного генератора бвых и его выходным (внутрен­ ним) сопротивлением ZB M x- Данный генератор является матема-

211

тической абстракцией, но в теоретических расчетах выступает в роли реального устройства. Если выходное сопротивление усили­ теля можно считать активным, то его обозначают ^ в ы х -

Цепь обратной связи характеризуется сопротивлением Z0,c. Эта цепь может быть искусственной или паразитной. В последнем слу­ чае она нежелательна. Обратная связь в усилителе отсутствует,

Рис. 2.11. Варианты входной цепи усилителя:

можно считать напряжение или ток; усилительный каскад, .рабо­ тающий в таких условиях, предпочитают называть просто усили­ телем (предварительный усилитель, промежуточный усилитель, предоконечный усилитель).

Все эти названия условны и резкого различия между ними нет. Следует помнить, что электрический сигнал почти всегда пред­ ставлен тремя компонентами: напряжением, током и мощностью. Можно также говорить об энергии сигнала, но пользоваться этим понятием в расчетах неудобно.

4. Основные показатели усилителя

Эффективность работы усилителя оценивается по ряду его по­ казателей. Все они определяются применительно к испытатель­ ному сигналу. Основными из них являются:

212

1) Коэффициент усиления по напряжению А*„. Он показывает, во сколько раз напряжение сигнала на выходе усилителя отли­ чается от напряжения на входе;

Вдецибелах

4) Входное сопротивление усилителя. Это есть сопротивление между входными зажимами усилителя при условии, что к ним

Если входное сопротивление усилителя и внутреннее сопро­ тивление источника сигнала активны по характеру, то тогда спра­ ведливо следующее соотношение:

Большое входное сопротивление является достоинством усили­ теля.

5) Выходное сопротивление усилителя.

Это есть сопротивление между выходными зажимами усили­ теля, при условии, что ЭДС источника входного сигнала равна нулю, а сопротивление внешней нагрузки Z H отключено.

213

Выходное сопротивление усилителя рассчитывается по его эквивалентной схеме для области средних рабочих частот. Обыч­ но его можно считать активным. Более подробно выходное сопро­

ров и трансформаторов. В результате нелинейных искажений из­ меняется форма усиливаемого сигнала. Так, например, испыта­ тельный сигнал на выходе усилителя (напряжение или ток) может оказаться несинусоидальным при идеальной форме его на входе (рис. 2.12).

Степень искажения формы выходного испытательного сигнала можно оценить при помощи коэффициента гармоник. Он пред­ ставляет собой квадратный корень из отношения мощности, вы­

214

Для определения амплитуды гармоник выходного тока и на­ пряжения разработаны специальные графические и аналитические методы (см. § 5).

Коэффициент гармоник принято выражать в процентах. У хо­

никают в усилителе при усилении сложных реальных сигналов, со­ стоящих из совокупности простейших гармонических составляю­ щих. Мы их назвали рабочими частотами реального сигнала. Суть искажений состоит в неодинаковом усилении колебаний различ­ ной частоты.

Причиной неравномерного усиления являются реактивные эле­ менты усилителя. К ним относятся колебательные контуры, кон­ денсаторы связи, емкости монтажа, междуэлектродные емкости усилительных приборов, индуктивности и емкости трансформато­

отношение амплитуд элементарных составляющих усиливаемого сигнала. Поэтому его форма на выходе усилителя оказывается не такой, как на входе, хотя новых частот в составе сигнала не по­ является (считаем, что уровень сигнала небольшой и нелинейные искажения отсутствуют).

Наибольший вред от частотных искажений получается в уси­ лителях низкой частоты и в импульсных усилителях. Менее ощу­ тимы они в усилителях колебаний высокой и промежуточной ча­

также при помощи коэффициентов частотных искажений. Эти коэффициенты определяют преимущественно ъ' усилителях низкой частоты.

Коэффициент частотных искажений М равен отношению уси­ ления на средних частотах усилителя к усилению на заданной ча­ стоте

(2.14)

* Эту характеристику усилителя часто называют амплитудно-частотной.

2Д5

ничных рабочих частотах /и .г и /в .г . Будем их соответственно обо­

Рис. 2.13. Пример частотной характеристики усилителя низ­ кой частоты

Спектр частот, заключенный между граничными частотами /я .г и /в.г, называют полосой пропускания усилителя. Обозначим его Д/. Тогда Д/=/в .г — U.T- Полоса пропускания усилителя является условной величиной, так как его граничные частоты могут соот­

ния граничных частот усилителя, а следовательно, и его полосы пропускания очень распространен.

ги между различными гармоническими составляющими усиливае­ мого сигнала и дополнительно изменяют его форму.

Ухо человека фазовых искажений не воспринимает. Поэтому при расчете усилителей звуковой частоты фазовые искажения обычно не учитывают. В усилителях импульсных сигналов фазо­ вые искажения могут явиться одной из причин изменения формы усиливаемых импульсов.

10. Динамический диапазон усилителя Д .

Это есть отношение максимально допустимого напряжения входного испытательного сигнала к минимально допустимому. Данное понятие показывает, что усилитель не может усиливать

216

сигналы очень малой величины (они заглушаются шумами) и сигналы слишком большой величины (их форма чрезмерно иска­ жается) .

§ 3. ВНУТРЕННИЕ ШУМЫ И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ

РАДИОЛОКАЦИОННОГО ПРИЕМНИКА

1. Общие сведения о внутренних шумах приемника

Современное состояние радиотехники позволяет создавать при­ емники с любым коэффициентом усиления. Однако это не зна­ чит, что приемник с очень большим усилением может принимать сколь угодно слабые сигналы. Объясняется это тем, что вместе с полезными сигналами на антенну радиоприемного устройства воздействуют внешние радиопомехи, а в самом приемнике возни­ кают внутренние шумы.

Внешние радиопомехи естественного происхождения проявля­ ются только на сравнительно длинных волнах. В диапазоне ме­ тровых волн они весьма малы, а в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн их практически нет. Поэтому на работу ра­ диолокационных приемников внешние радиопомехи влияния не оказывают.

Внутренние шумы сильно влияют на важнейший параметр ра­ диолокационного приемника — чувствительность. Они ограничи­ вают ее величину.

пях в силу различных причин. Напряжение шумов усиливается наравне с полезными сигналами и на трубке индикатора прояв­ ляется в виде беспорядочных мерцаний экрана (рис. 2.14). В ре­ зультате этого затрудняется наблюдение за сигналами, отражен­ ными от целей.

Напряжение шумов, действующее на входе приемника, усили­ вается всеми его каскадами. Эти шумы и оказывают наибольшее влияние на работу приемника. Поэтому приемник стараются скон­ струировать так, чтобы в первых его каскадах напряжение полез­ ного сигнала было по возможности больше напряжения шумов. Только в этом случае на выходе приемника амплитуда видеоим­ пульсов может быть больше амплитудного значения шумов (рис. 2.15).

Источниками шумовых токов и напряжений в приемнике яв­ ляются активные сопротивления, антенна и усилительные приборы.

217

г

Рис. 2.14. Экраны индикаторов радиолокационных станции:

а — индикатор с линейной разверткой одностороннего отклонения; б — индикатор

срастровой разверткой; в — индикатор с линейной разверткой двухстороннего от­

218

2. Тепловые шумы

Всякий проводник содержит множество свободных электронов, которые находятся в непрерывном хаотическом движении. Ско­ рость свободных электронов в проводнике зависит от его темпе­ ратуры и возрастает при ее повышении. Хаотическое перемещение электронов в проводниках принято называть шумовыми флюктуациями, а возникающую на концах проводника разность потенциа­ лов — шумовым напряжением.

Форма шумового напряжения сложна, так как хаотическое пе­ ремещение электронов в проводнике не является периодическим. Поэтому частотный спектр шумового напряжения очень широк и содержит составляющие от самых низких до самых высоких ча­ стот. Ввиду случайности и кратковременности хаотического пере­ мещения свободных электронов все частотные составляющие шу­ мового напряжения имеют одинаковые амплитуды. Величина шу­ мового напряжения (7Шт тем больше, чем больше активное сопро­ тивление проводника и чем выше его температура.

Вредное воздействие на работу приемника оказывают только те частотные составляющие шумового напряжения, которые вхо­ дят в полосу пропускания приемника и усиливаются его усили­ тельными каскадами.

Если между сеткой и катодом первой лампы приемника вклю­ чить активное сопротивление R, то на сетке лампы появится на-* пряжение теплового шума. Теоретически доказано, что действую­

290° Кельвина. Она считается стандартной комнатной температу­

2Д/—полоса пропускания, приемника в кгц;

219