Учебники / РПрУ Палшков (1) (1)

ловленных излучениями посторонних радиостанций. В этих условиях исобходимо формировать избирательность приемника как можно ближе к входу с целью уменьшения уровня нелинейных

искажений, вносимых усилительным прибором. В таких приемниках фильтры сосредоточенной избирательности включают в выходную цепь преобразователя частоты. Остальной тракт уси-

ления выполняют с полосой пропускания, превышающей необхо- димую. В качестве активных приборов тракта используют усилительные приборы с достаточно высокой линейностью вольт-ампер- ных характеристик, в частности линейные интегральные узлы (микросхемы).

В диапазонах сверхвысоких частот вероятность появления помехи большого уровня относительно мала. Поэтому здесь формирование общей избирательности высокочастотного тракта может

осуществляться избирательными цепями, распределенными но всему тракту.

При реализации распределенной избирательности усилитель- ные приборы более эффективно используются для получения требуемого усиления полезного сигнала, поскольку в тракте усиления нет каскадов с избыточной полосой пропускания.

. В системе с сосредоточенной избирательностью на входе весь. последующий тракт имеет избыточную полосу пропускания.

Удобной оценкой экономической эффективности построения уси- лителя является показатель качества О, равный произведению коэффициента усиления одного каскада Ки на общую полосу пропускания п-каскадного усилителя АРь, т. е.

Показатель качества усилителя позволяет определить коэф-

фициент усиления одного каскада при заданной общей полосе пропускания согласно (4.95): Ки= Р/АЁРо. Показатель оценивается

в мегагерцах. Чем больше показатель качества, тем больше коэффициент усиления одного каскада и, следовательно, тем меньшее число каскадов пеобходимо для реализации требуемого коэффи-

циента усиления. Анализ, проведенный в [12, 13], показывает, что в болышинстве типов усилителей с распределенной избиратель-

ностью показатель качества уменьшается с увеличением числа каскадов. Исключение составляют усилители с взаимно расстроенными контурами. Их показатели качества не зависят от числа каскадов.

В курсе «Усилительные устройства» показано, что, используя сильную связь усилительного прибора с генератором сигнала, превышающую оптимальную, можно получить минимальный коэфФициент шума.

91

92

избирательной цепью, подключенной ко входу каскада, если предъявляются высокие требования к избирательности входных цепей усилителя. В результате снижается коэффициент усиления

входных цепей и, следовательно, увеличивается коэффициент шума

усилительного устройства. Несколько другие условия характерны для устройств, где не предъявляются относительно высокие требо-

вания к избирательности входных цепей.

В диапазоне УКВ в широкополосных системах радиорелейной связи избирательные входные цепи выполняются в виде отрезков

цепей с распределенными постоянными — объемных резонаторов. Добротности этих цепей настолько велики, что для получения не-

обходимой широкой полосы пропускания в них вводится донолнительное затухание. Если это затухание” будет внесено за счет сильной связи с усилительным прибором, то кроме возможности получения минимального коэффициента шума будет достигнут

режим компенсации нелинейности АХ усилительного каскада [15]. Таким образом, использование триода с общей сеткой, с об-

щей базой и с общим затвором целесообразно в случае необ- ходимости получения малого входного сопротивления. Если нужно иметь большое входное сопротивление, то в качестве первого

каскада целесообразны триоды с общим катодом, с общим эмит-

тером и общим истоком.

Однако, как было показано ранее, в этом случае устойчивый коэффициент усиления мал из-за большой емкости обратной связи С:2. В этих условиях желательный результат дает использование двухкаскадного усилителя. Первый триод включается в бу-

общей сеткой, с общей базой, с общим затвором; вследствие это- го достигается малая обратная связь и большой устойчивый коэффициент усиления. В некоторых случаях с целью получения

большего устойчивого коэффициента усиления первого каскада применяют нейтрализацию влияния емкости С12. Параллельно емкости С12 по переменному току подключают переменную индуктивность Г, (рис. 4.21) и подстраивают ее так, чтобы настроить

Рис. 4.21

контур [»„С12 в резонанс на несущую частоту усиливаемого сигнала. В идеальном случае (контур без потерь) сопротивление параллельного контура, образованного элементами Г.С, будет

равно бесконечности на частоте резонанса, и тем самым устра-

93

Кол = Уз (1)/Въх э, где У!)— крутизна характеристики первого транзистора; &ь-2—

94

где Уз — крутизна характеристики второго транзистора, вк — вещественная составляющая проводимости контура ГкСк.

Общий коэффициент усиления каскодного усилителя

Подставляя (4.97) в (4.96), получаем Ко= Узи) /9к.

Таким образом, коэффициент усиления каскодного усилителя определяется по формуле, справедливой для однокаскадного усилителя на приборе с большим внутренним выходным сопротивлением, крутизна характеристики которого равна крутизне Т:, а с0-

противление нагрузки равно нагрузке То.

В профессиональных приемниках «Призма» и «Сибирь» в качестве первого усилительного прибора каскодного усилителя радиочастоты применен полевой транзистор, позволяющий существенно уменьшить входную проводимость усилителя.

Каскодный усилитель, выполненный по схеме рис. 4.21, также

имеет относительно малую входную проводимость; поэтому его применение облегчает согласование антенны с усилителем при

относительно узкой полосе пропускания входной цепи. Каскод-

ный усилитель на триодах с большой крутизной позволяет полу- чить в метровом диапазоне волн коэффициент шума Аш 1,5--2.

На дециметровых волнах применяются триоды с кольцевыми выводами. Конструкция триодов обеспечивает удобное сочленение

с колебательными системами, выполненными в виде коаксиальных или полосковых контуров. Благодаря такой конструкции

практически устранены паразитные индуктивности вводов усилительных приборов и связанное с этим ухудшение показателей усилителей. В дециметровом диапазоне волн на металлокерамичес-

ком триоде 6С17К удается получить коэффициент шума Кшя^ —4-6.

В диапазоне УКВ, где следует считаться с инерцией носите- лей заряда, невозможно получить коэффициент шума близким к единице по следующим причинам. Во-первых, усилительные при-

боры обладают большой входной проводимостью. Во-вторых, шу- мовой коэффициент а входной проводимости существенно больше единицы. В-третьих, с повышением частоты уменьшается коэффи-

циент усиления каскада и в связи с этим увеличивается относи-

тельный уровень шума последующих каскадов.

Для усиления колебаний СВЧ разработаны специальные усилительные приборы, в которых полезно используется инерция но-

сителей заряда.

Одним из специальных усилительных приборов указанного диапазона является лампа бегущей волны (ЛБВ). В ЛБВ осуществляется эффективноевзаимодействие между электронным пучком и полем проходящей электромагнитной волны, в резуль-

95

тате чего в выходных цепях устройства возможен отбор мощно- сти, превышающей затраченную на управление электронным потоком.

На рис. 4.23 схематически изображен усилитель на ЛБВ. Электромагнитная волиа поступает к входу усилителя по волноводу 1, согласованному с началом спирали, и распростраияется вдоль витков спирали по направлению к выходному

ка, движущихся вдоль оси спирали. Если постояиная составляющая скорости электронов, определяемая напряжением Ёо, будет равна скорости распростра-

В движущемся электрониом пучке модуляция скорости приводит к модуляции

В конце спирали помещен выходной волновод 2, согласованный с элект-

ронным пучком и спиралью. Усиленная энергия сигиала будет передаваться по этому волноводу к иагрузке. При плохом согласоваиии отраженная волна, распространяющаяся по спирали к входу усилителя, может вызвать самовозбуждение

Коэффициент усиления усилителя на ЛБВ зависит от конструкции лампы, тока луча, качества фокусировки электронного пучка и согласования на входе и выходе. Коэффициеит усиления может достигать десятков децибел при полосе порядка сотен и тысяч мегагерц,

Современные ЛБВ позволяют получить коэффициент шума Кш=3--5. Существенное уменьшение коэффициента шума приемников СВЧ достигает-

ся применением новых усилительных приборов и устройств с лучшими характеристиками по сравнению с ЛБВ. К ним относятся: квадрунольный электрои-

ио-лучевой прибор Адлера [13], туинельные диоды, усилительные твердотель- ные приборы и так называемые реактивные параметрические усилители. Практические конструкции квадрупольных электронно-лучевых усилителей, по литературным даниым, имеют следующие характеристики: на частоте около 1300 МГц

96

Как показывает эксперимеит, хорошее приближение к велициие шумов реального диода дает предположение о том, что в диоде существует лишь дро-

бовый шум:

В соответствии с формулой (2.14) общий коэффициент шума Ки будет близок к Кшь, если

Кр: > 10 (Кшз—1) 93/Кни 4вх.

Полагая, что коэффициеит шума Ки: близок к едииице, получаем расчетое соотиошение для требуемого коэффициента усиления мощности усилителя на туинельном диоде:

Кр1> 10 (Киз— 1 9з/9ьх.

Таким образом, для получения малого коэффициента шума иеобходимо, что-

туниельиым диодам, является требоваиие минимальной величииы шумового коэффициента @а, реализуемое при максимальном отношеиии проводимости диода

18| к току Го в рабочей точке (4.100).

Получение большого коэффициеита усилеиия мощиости связано с близо- «тью регеиеративной системы, к которой относится усилитель на туннельном диоде (УТД), к порогу самовозбуждения. В этом режиме стабильность величины усиления становится малой и может оказаться неудовлетворительиой.

Определим показатель качества усилителя Ор как произведение коэффи-

циента усиления мощности иа полосу пропускаиия.

Одиоконтурный усилитель, схема которого изображена на рис. 4.25, имеет яолосу пролускаиия

98

Для получения большого показателя качества усилителя необходимо применять более высокую промежуточную частоту ®„ при малой проводимости хо- лостого контура бк› и при максимальном отношении емкостей Си1/Сь.

Определим шумовой коэффициент отрицательной входной проводимости (а). Осуществим опыт короткого замыкания зажимов 1[--! и найдем шумовой ток ]Лтнпу с частотой сигнала на входе Учтем, что в этом случае единственным источником шума является холостой контур

Электродвижущая сила шума холостого контура

4 —= с /®п.

Коэффициент шума параметрического усилителя в наилучших условиях будет определяться соотиошением (4 100 а) при замене в последием ва=@Авк8"А

достижимые при одинаковых шумовых температурах сигнального и вспомогательного контуров и использовании нешумящей нелинейной емкости

В реальных условиях коэффициент шума оказывается несколько хуже рассчитанного по формуле (4.107) из за потерь в диоде. Уменьшение коэффициента шума в этих условиях может быть достигнуто охлаждением диода и холостого контура, а также повышением вспомогательной частоты ®„ Следует, однако, учесть, что повышение холостой частоты ви связано с увеличением частоты гетеродина и поэтому встречает серьезные затруднения в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн.

К усилителям типа «отрицательного сопротивления» относятся также кван- тово-механические усилители.

Приицип действия квантово-механического усилителя основан на свойстве микрочастиц вещества излучать энергию в фазе с полезным сигналом Эта энергия запасается микрочастицами за счет их возбуждения полем вспомогательного

(кристалл окиси алюминия с небольшой присадкой окиси хрома) и некоторые

100