Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) ( 42 ) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (42)

Параметрические усилители бегущей волны являются нерезонансными устройствами.

Для упрощения дальнейших рассуждений будем временно считать, что в ПУ применен одиночный контур с сосредоточенными параметрами. Тогда вся емкость колебательной системы оказывается заключенной в конденсаторе, а индуктивность в катушке. Такие контуры применяются в ПУ метрового диапазона волн.

Известно, что напряжение на заряженном конденсаторе

Из этой формулы хорошо видна идея параметрического усиления. Она заключается в следующем. Если при неизменной величине накопленного в конденсаторе заряда q осуществить уменьшение его емкости С, то произойдет возрастание напряжения Uc-

Но емкость конденсатора

где S - диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

5 - площадь пластин конденсатора;

d - расстояние между пластинами. Поэтому

Следовательно, при неизменной величине заряда q напряжение на конденсаторе пропорционально расстоянию между его пластинами. Если увеличить d, то произойдет увеличение Uc- Физически это объясняется тем, что между пластинами действует сила взаимного притяжения. Поэтому на увеличение расстояния d придется затрачивать определенную механическую энергию. Она будет расходоваться на увеличение потенциальной энергии электрического поля конденсатора. В результате преобразования механической энергии в электрическую и произойдет увеличение напряжения Uc-

Совершенно очевидно, что приращение напряжения на конденсаторе пропорционально приращению d, т. е.

Поэтому с учетом предыдущего уравнения получим

Т. е. относительное приращение напряжения на заряженном конденсаторе равно относительному приращению расстояния между его пластинами.

В реальной схеме ПУ в качестве конденсатора контура используют запертый электронно-дырочный переход полупроводникового



диода. Объясняется это тем, что емкость п-р-перехода легко изменять электрическим способом при помощи вспомогательного высокочастотного генератора. Его принято называть генератором накачки.

ивых

геиератор накачки

Рис. 2.141. Схема параметрического усилителя с ит-меняющейся е.мкостью контура


Рис. 2.142. Принцип усиления синусоидального сигнала в параметрическо.м

усилителе

Простейшая схема ПУ с таким генератором приведена на рис. 2 141. Графики, поясняющие принцип работы этой схемы, изображены на рис. 2.142.



Предположим сначала, что генератор накачки выключен и емкость контура неизменна. Расстояние между пластинами конденсатора равно dl. Тогда в контуре существуют вынужденные колебания с неизменной амплитудой (например, радиоимпульсы). Напряжение на контуре синусоидально За счет резонансных свойств контура и способа его включения к входным и выходным зажимам усилителя выходное напряжение несколько больше входнога Но мощность на выходе усилителя меньше, чем на входе.

Предположим теперь, что генератор накачки включен и резко изменяет расстояние d между пластинами конденсатора. В моменты максимального напряжения на конденсаторе (i, /3, /5 и т. д) это расстояние мгновенно увеличивается Так, например, в момент оно становится равным йг- При этом энергия генератора накачки передается электрическому полю конденсатора и напряжение Uc резко возрастает. Когда же напряжение щ. оказывается равным нулю и вся энергия сигнала находится в магнитном поле катушки индуктивности / (моменты 4. 4 4 и т. д), расстояние между пластинами конденсатора опя1ь становится равным dl. Поскольку при этом электрического поля в конденсаторе нет, энергия генератора накачки на сближение пластин не расходуется.

Периодическое изменение емкости конденсатора по указанному закону приводит к быстрому нарастанию амплитуды колебаний в конт) ре. Происходит это до тех пор, пока энергия, расходуемая генератором накачки, не cianer равной энергии, выделяемой в контуре на его активном сопротивлении. С этого момента времени процесс нарастания амплитуды колебаний прекращается, а форма напряжения Uc становится практически синусоидальной.

Рассмотренный процесс представляет собой голько теоретическое рассуждение о принципе работы параметрического усилителя с резко изменяющимся расстоянием между пластинами конденсатора контура.

В действительности изменение емкости контура происходит не скачками, а плавно. Поэтому форма нарастающего напряжения Uc с самого начала процесса синусоидальна. Для этого реального случая работы ПУ графики, поясняющие процесс усиления, изображены на рис. 2.143. Из них видно, что для осуществления процесса усиления в ПУ необходимо выполнить два условия: изменение емкости контура должно происходить с удвоенной частотой сигнала; величина емкости должна становиться минимальной в моменты максимального напряжения на конденсаторе и максимальной в те моменты, когда оно равно нулю. Первое условие называется частотным, а второе фазовым.

На рис. 2.141 видно, что в одноконтурном ПУ полезная нагрузка подключается к тому же контуру, к которол1у подводится и усиливаемый сигнал. Это обстоятельство служит шричиной недостатка простейшей схемы. Он заключается в том, что тепловые шумы сопротивления нагрузки попадают в контур усилителя, там усиливаются и снова поступают в нагрузку. Для устранения этого



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) ( 42 ) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86)