6.1.3. Нелинейное резонансное усиление

При работе линейных усилителей переменная составляющая выходного тока часто составляет небольшую долю от постоянного тока , отбираемого от источника питания. При этом КПД устройства, определяемый как отношение мощности выходного сигнала к мощности, потребляемой от источника питания, оказывается весьма мал. В усилителях слабых сигналов это не играет решающей роли. Однако при значительной требуемой выходной мощности этот вопрос приобретает важное значение, особенно в технике радиопередающих устройств. Повысить отношение можно переводом усилителя в режим работы с отсечкой тока, т.е. в нелинейный режим. Ток в выходной цепи усилителя имеет импульсную форму и содержит наряду с постоянной составляющей и полезной первой гармоникой ряд высших гармоник, которые должны быть подавлены (отфильтрованы). Фильтрация сигнала осуществляется параллельным колебательным контуром, настроенным на частоту входного колебания. При резонансе токов эквивалентное сопротивление контура велико и является сопротивлением нагрузки усилителя. По отношению к высшим гармоникам контур, обладающий высокой добротностью, можно рассматривать как короткое замыкание. В результате, несмотря на искаженную форму импульсного тока , на нагрузочном контуре, как и в линейном усилителе, выделяется напряжение, очень близкое к гармоническому

Найдем соотношения между напряжениями и токами основной частоты в нелинейном усилителе. Учитывая, что и (6.4), получаем

,

откуда

.

Поскольку коэффициент имеет смысл крутизны вольт-амперной характеристики, то

. (6.5)

Разделив (6.5) на , получим параметр

,

который можно трактовать как среднюю крутизну характеристики для первой гармоники. Тогда

.

КПД усилителя можно подсчитать как отношение колебательной мощности в контуре и мощности, потребляемой от источника питания:

, (6.6)

где - коэффициент использования напряжения . Например, для получим , а при , т.е. с уменьшением угла отсечки КПД усилителя растет.

6.1.4. Умножение частоты

Наличие в составе импульсного тока ряда гармоник с частотами, кратными основной частоте возбуждения, позволяет использовать усилитель, работающий с отсечкой тока в качестве умножителя частоты. Для этого нагрузочный колебательный контур должен быть настроен на частоту выделяемой гармоники. Режим работы активного элемента устанавливается таким образом, чтобы обеспечить максимальный уровень полезной гармоники. Так, для удвоения частоты необходимо установить угол отсечки, близкий к 60^О, для утроения частоты – 40^О и т.д.

Рис. 6.8. Принцип умножения частоты

При достаточно высокой добротности контура напряжение на контуре от всех гармоник, за исключением рабочей, очень мало, поэтому напряжение близко к гармоническому. Для полного использования мощности электронного прибора одновременно с изменением смещения необходимо увеличивать амплитуду переменного напряжения на входе , поэтому для умножения частоты характерен режим работы с большими амплитудами входного напряжения (рис.6.8). Под средней крутизной в умножителях подразумевается величина

.