Усилители на туннельных диодах

 

Кратко описать принцип действия с активной нагрузкой, сказать, что реактивная на резонансной частоте работает так же. Сказать что параметры очень плохие. Коэффициент усиления низкий, склонны к самовозбуждению (пояснить почему), значительные шумы. В настоящее время вытеснены транзисторными и параметрическими усилителями СВЧ.

 

Параметрические усилители

 

Параметрическим усилителем (ПУ) называется устройство, содержащие колебательный контур, в котором под воздействием внешнего источника (генератора накачки) изменяется энергоёмкий параметр (ёмкость или индуктивность). И за счёт соответствующей организации колебательной системы осуществляется усиление сигнала. На пальцах объяснить на примере ёмкости.

Различают полупроводниковые, ферритовые и электроннолучевые ПУ. Полупроводниковые ПУ, построенные на основе параметрических диодов (варикапов), получили наибольшее распространение благодаря таким параметрам как небольшая мощность генератора накачки и возможность микроминиатюризации.

Полупроводниковый параметрический усилитель (ППУ) является усилителем преобразователем. То есть одновременно происходит усиление сигнала и преобразование его частоты (как вверх, так и вниз). Если разностная частот преобразования близка к частоте сигнала – то ППУ делается одноконтурным. В противном случае эти сигналы выделяются в различных колебательных системах, и ППУ делается двухконтурным. Проходные и отражательные (усиление отражённой волны, разделение в циркуляторе).

Усилители промежуточной частоты

 

Так как промежуточные частоты выбирают обычно не высокими, то в большинстве случаев в качестве усилительного элемента используют транзистор. Структура таких усилителей полностью идентична структуре УРЧ. По этому и анализировать не будем. Отличие только в том, что они не перестраиваемые.

Так же, отличие может заключатся и в способах фильтрации выходного сигнала таких усилителей. Кроме одиночных контуров применяют фильтры на сдвоенных расстроенных контурах, канонические многозвенные фильтры более высоких порядков (электрические), электромеханические и пьезомеханические фильтры, пьезоэлектрические фильтры на объёмных акустических волнах (ОАВ) и поверхностных акустических волнах (ПАВ), дискретные и цифровые фильтры, активные RC фильтры.

Рассказать про ПАВ и кварцы.

 

 

Преобразователи частоты

 

Преобразователь частоты (ПЧ) предназначен для изменения несущей частоты колебания сигнала.

Основными характеристиками ПЧ являются:

1. Коэффициент преобразования

где U_C – амплитуда входного сигнала, U_П – амплитуда выходного сигнала на промежуточной частоте.

2. Входное сопротивление (проводимость)

3. Выходное сопротивление

4. Число и интенсивность побочных каналов приёма, порождаемых преобразователем частоты.

5. Крутизна преобразователя

эта величина вместе с выходным сопротивлением определяет К_П.

В гетеродинном преобразователе частоты сигнал и колебания местного генератора (гетеродина) одновременно воздействуют на нелинейный элемент (или на элемент с переменным параметром), в результате чего возникает колебание, имеющее в своём составе гармоники с частотами сигнала f_С, и его гармоник, гетеродина f_Г и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами:

f=|nf_Г±mf_С| (n, m – целые числа)

Одну из этих комбинационных частот, используемую в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, называют промежуточной частотой f_П.

Как это получается?

Рассмотрим прибор с нелинейной ВАХ, например диод, на который подаются два сигнала с разными частотами

Будем считать, что амплитуда сигнала гетеродина на несколько порядков больше амплитуды принимаемого сигнала. Это приведёт к тому, что изменения сигнала гетеродина будут происходить на существенно нелинейном участке ВАХ диода, в то время как нелинейностью диода для колебания сигнала можно пренебречь.

 

ВАХ диода и входной сигнал.

Рассказать, как меняются сопротивление или проводимость диода, в зависимости от величины протекающего через него тока.

Вследствие того, что сопротивление диода меняется примерно пропорционально приложенному к нему напряжению гетеродина, то и коэффициент передачи напряжения сигнала будет меняться так же. То есть произойдёт умножение сигнала гетеродина на входной сигнал. И мы получим суммарные и разностные частоты:

С точки зрения минимизации искажений информации при преобразовании частоты и улучшения избирательности при наличии мешающих сигналов преобразователь частоты для сигнала должен быть линеен, то есть в нём не должны порождаться гармоники частоты сигнала. Это условие выполняется более или менее точно, только если сигнал является малым. С точки зрения гетеродина нелинейность прибора должна проявляться как можно сильнее.

При увеличении нелинейности преобразователя частоты для принимаемого сигнала растёт уровень комбинационных и интермодуляционных побочных каналов приёма.

Преобразователи с переменным параметром (например, ёмкостью диода) используются, как правило, на СВЧ и являются разновидностью параметрических усилителей. В них фактически происходит управляемое изменение коэффициента передачи тракта за счёт управления ёмкостью перехода диода.

То есть основной принцип преобразования частоты заключается в том, что сигнал проходит через устройство, коэффициент передачи которого управляется напряжением гетеродина.