Усилители на туннельных диодах (утд)

Основными достоинствами этих усилителей является:

- достаточно низкий коэффициент шума при высокой широкополосно-сти;

- малая потребляемая мощность от источника питания;

- возможность реализации в гибридно-интегральном исполнении.

В настоящее время УТД обеспечивают работу в диапазоне частот до 20 ГГц и при усилении 13÷20 дб с коэффициентом шума 5÷6 дб в полосе 10÷15 % от несущей.

Эффект отрицательного сопротивления создается за счет выбора рабочей точки на падающем участке вольт-амперной характеристики туннельного диода (ТД). Значение отрицательного сопротивления и этом случае определяется наклоном вольт-амперной характеристики на падающем участке

(5.50)

и составляет для реальных приборов несколько десятков Ом.

Рис.5 10

Для устранения низкочастотных релаксаций внутреннее сопротивление источника питания ТД следует выбирать так, чтобы

(5.51)

где - внутреннее сопротивление источника постоянного тока.

Обычно выбирают .

Для устойчивой работы необходимо, чтобы на частоте усиливаемого сигнала выполнялось условие положительности общего сопротивления контура на резонансной частоте.

Коэффициент передачи на резонансной частоте определяется выражением

, (5.52)

где .

Полоса пропускания усилителя равна

. (5.53)

Основными источниками шумов являются:

-дробовые шумы открытого p-n-перехода;

-тепловые шумы сопротивления потерь ;

Коэффициент шума определяется по формуле

. (5.54)

Отсюда следует, что коэффициент шума УТД тем меньше, чем меньше значение и .

Конструктивно УТД выполняются весьма разнообразно в зависимости or диапазона частот и требований, предъявляемых к ним по габаритам и массе.

VI. Усилители промежуточной частоты (полосовые усилители)

Усилитель промежуточной частоты в супергетеродинном приемнике производит основное усиление необходимое для нормальной работы детектора. Резонансный коэффициент усиления напряжения у таких усилителей обычно имеет величину порядка 10⁴ ÷ 10⁵ (80÷100 дб). Вместе с тем усиление должно быть достаточно равномерным в пределах полосы пропускания, ширина которой зависит от назначения приемника. В радиотелеграфных приемниках она составляет несколько сотен герц; в телевизионных приемниках ширина полосы пропускания доходит до нескольких мегагерц.

Номинальная промежуточная частота т.е. резонансная частота усили­теля, тоже зависит от типа приемника. Ее значения лежат в пределах от 110 кГц до 60-200 МГц, причем широкие полосы пропускания достижимы лишь при повышенных частотах, тогда как узкие полосы пропускании при конструктивно выполнимых затуханиях контуров можно получать, лишь используя низкие промежуточные частоты.

Для получения высокой избирательности усиление должно резко убы­вать за пределами полосы пропускания. Резонансная кривая должна приближаться к наиболее выгодной прямоугольной резонансной кривой, ширина которой равна требуемой полосе пропускания (Рис. 6.1). Это определяет другое название рассматриваемых усилителей - полосовые усилители.

Рис.6. 1

Близкую к прямоугольной резонансную кривую можно получить лишь при использовании в усилителе большого числа резонансных систем.

Это затрудняет применение таких усилителей в приемниках прямого усиления с переменной настройкой, так как одновременное изменение настройки нескольких резонансных систем встречает серьезные технические трудности. Поэтому при использовании полосовых усилителей в качестве усилителей промежуточной частоты все контуры настраиваются при начальной регулировки приемника и не изменяются в процессе эксплуатации. Иногда полосовые усилители применяются в приемниках прямого усиления с фиксированной настройкой, которая также производится при начальной регулировке.

Степень приближения резонансной кривой к идеальной прямоугольной принято оценивать посредством коэффициентов прямоугольности, которые определяются следующим образом: обозначим через величину относительного уменьшения коэффициента усиления напряжения К при расстройке по сравнению с резонансным значениемК₀: .

Условимся отсчитывать полосу пропускания усилителя на уровне резонансной кривой . Обозначим через полосу частот, заключенную между точками резонансной кривой, лежащей на каком-либо уровне (Рис. 4.1). Тогда коэффициент прямоугольности для уровня можно определить как

. (6.1)

Например, если - ширина резонансной кривой на уровне, то

. (6.2)

Для каждого типа полосового усилителя можно выразить ширину полосы пропускания на уровне и коэффициент прямоугольности через величины элементов схемы. Эти выражения позволяют, зная величины элементов схемы, рассчитать ширину полосы пропускания, а также значения коэффициентов прямоугольности для разных уровней . Имея эти величины, можно построить всю резонансную кривую. Действительно, полоса пропускания определяет расстройки , соответствующие точкам резонансной кривой, лежащим на уровне . Коэффициент прямоугольности определяет расстройки для точек, лежащих на том или ином уровне (например, ).

Эти же выражения, устанавливают связь полосы пропускания и коэффициентов прямоугольности с параметрами схемы полосового усилителя, позволяют решать задачи проектирования. Задаваясь полосой пропускания (на уровне ) и коэффициентом прямоугольности для какого-либо уровня по этим выражениям можно определить необходимые параметры элементов схемы.

Иногда при проектировании полосовых усилителей исходные данные задаются несколько иначе: кроме полосы пропускания указывают расстройку между полезным сигналом и помехой и требуют, чтобы эта помеха ослаблялась не менее чем в заданное число раз (Рис. 6.2). Это означает, что при расстройке резонансная кривая должна проходитьчерез точку, лежащую на уровне 0,707, а при указанной расстройки кривая должна проходить на заданном уровне или ниже его. Очевидно, это равносильно требованию, чтобы заданному ослаблению соответствовала расстройка не больше заданной величины . Отсюда следует требование к коэффициенту прямоугольности.

, (6.3)

которое позволяет производить расчеты указанным выше способом.

Рис.6. 2

Надо отметить, что требование хорошего ослабления приема за грани­цами полосы пропускания не всегда существенно. Оно оказывается важным, если за границами полосы пропускания имеются помехи, мощность которых сосредоточена в узкой полосе частот (например, полоса частот занятая соседним каналом) (см. Рис. 6.3).

Тогда величина ослабления приема на частоте помехи характеризует избирательность приемника по отношению к ней. Однако в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн основным видом помех являются

Рис.6. 3

шумовые помехи с широким сплошным спектром (Рис. 6.4). Kaк было показано ранее действие такой помехи определяется энергетической полосой пропускания. Последняя приблизительно равна полосе пропуска­ния на уровне и сравнительно слабо зависит от того, насколько резко убывает усиление в области больших расстроек. По этой причине приемники микроволнового диапазона часто проектируются исходя лишь из заданной полосы пропускания и не учитывая требований к прямоугольности резонансной кривой.

Рис.6. 4

Резонансная кривая (амплитудно-частотная характеристика) всего высокочастотного тракта приемника определяется главным образом усилителем промежуточной частоты. Как известно, линейные искажения зависят не только от амплитудно-частотной, но и от фазовой характеристики усилителя. Однако полосовые усилители принадлежат к такому классу схем, у которых амплитудно-частотная характеристика связаны однозначной зависимостью. Это позволяет формулировать требования, предъявляемые лишь к первой из них, если есть уверенность, что при

и фазовая характеристика будет удовлетворять соответствующим требованиям. Искажения импульсных сигналов удобно оценивать посредством переходной характеристики, которая тоже связана с амплитудно-частотной характеристикой. Это позволяет при проектировании полосовых усилителей учитывать лишь резонансную кривую, не рассматривая фазо-частотную характеристику.

В настоящее время находят применение несколько типов полосовых усилителей:

1. Усилители, у которых каждый каскад содержит одиночный контур, причем контуры разных каскадов настроены на одну частоту;

2. Усилители, у которых каждый каскад содержит одиночным контур, причем контуры разных каскадов настроены на разные частоты;

3. Усилители, у которых каждый каскад содержит систему связанных контуров;

4. Усилители с фильтрами сосредоточенном селекции;

5. Комбинированные усилители.

Ниже будут рассмотрены зависимости параметров усилителей с параметрами элементов схемы для указанных выше типов полосовых усилителей.