Малошумящие параметрические усилители радиосигналов

В основе работы параметрического МШУ [5] лежит физический процесс преобразования энергии источника высокочастотного колебания (так называемого генератора «накачки») в энергию выходного колебания. Обмен энергии осуществляется с помощью реактивного элемента – емкости или индуктивности, величины которых или изменяются как функции времени благодаря управлению генератором «накачки». Параметрические усилители радиочастоты наряду с усилением высокочастотного сигнала могут осуществлять также преобразование его частоты.

Покажем на примере (рис. 3.22), что соответствующее изменение емкости приводит к эффекту усиления сигнала в колебательном контуре.

Рисунок 3.22

Известно, что напряжение, заряд и емкость конденсатора связаны соотношением или.

Дифференцируя левую и правую части выражения по соответствующим переменным и, находим

или.

Для приращений и можно считать, что и. Тогда. Таким образом, изменения емкости контура на величину приводит к изменения напряжения на конденсаторе: для получаем.

Физически сущность усиления сигнала в параметрическом усилителе заключается в целенаправленном отборе энергии от источника (генератора «накачки»), управляющего емкостью. Эта энергия, запасаемая в конденсаторе, затем передается в контур, что приводит к регенерации потерь контура и увеличения уровня сигнала на его выходе. Таким образом, с помощью генератора «накачки» в контур как бы нагнетается («накачивается») энергия от вспомогательного источника.

Простейшим параметрическим усилителем (ПУ) является одноконтурный усилитель (рис. 3.23).

Рисунок 3.23 – Одноконтурный параметрический усилитель

В качестве переменной емкости используется полупроводниковый диод (например варикап). Напряжение на диоде складывается из постоянного напряжения смещения и переменного напряжения накачки. Емкость диода изменяется с частотой генератора накачки.

Полезный сигнал через фильтр, настроенный на частоту накачки, поступает в контур. Этот фильтр обеспечивает развязку источника накачки. Фильтр настроен на частоту сигнала и ослабляет шунтирующее действие генератора накачки. Фильтр, настроенный на частоту накачки, ослабляет шунтирующее действие сопротивления нагрузки на генератор накачки.

Двухконтурный ПУ представлен схемой (рис. 3.24)

Рисунок 3.24 - Двухконтурный параметрический усилитель

Здесь контур из, - сигнальный. Контур из, - холостой контур.

Частота генератора накачки может быть взята как.

Усильный сигнал снимается с сигнального контура. Такой усилитель называется двухконтурным регенеративным усилителем. Если усиленный сигнал снимается с холостого контура, то усилитель называется регенеративным преобразователем.

Эффективная шумовая температура двухконтурного ПУ определяется выражением

,

где - температура окружающей среды;

- частота настройки холостого контура.

Отсюда следует, что для уменьшения мощности шумов ПУ (повышения чувствительности РПрУ) необходимо увеличивать частоту колебаний генератора накачки и уменьшать температуру окружающей среды.

Дата добавления: 2014-01-04