Головна

Підсилювачі на тунельних діодах

  1.  диференціальні підсилювачі
  2.  Підсилювачі на ПТ з одним джерелом живлення. Розрахунок елементів схем для забезпечення заданого режиму роботи підсилювачів на МДП-транзисторах і ПТ з керуючим р-n-переходом.
  3.  ПІДСИЛЮВАЧІ ПРОМІЖНОЇ частоти
  4.  Підсилювачі з ємнісний зв'язком
  5.  Підсилювачі з багатоланковим LC-фільтром
  6.  Підсилювачі з електромеханічним фільтром

УРЧ на тунельних діодах (ТД) відносяться до категорії регенеративних, тобто до класу підсилювачів з негативним опором. В регенеративних підсилювачах на ТД посилення сигналу досягається за рахунок внесеного в коливальну систему (контур, резонатор) негативного опору.

Регенеративне посилення полягає в створенні таких умов, при яких в електричному ланцюзі відбувається компенсація втрат, яку можливо здійснити або за рахунок позитивного зворотного зв'язку, або використовуючи нелінійні елементи, що мають ділянку ВАХ з диференціальним негативним опором.

визначення. Регенеративним підсилювачем називається пристрій, що забезпечує посилення радіосигналів за рахунок внесення в електричний ланцюг негативного опору, що відповідає внесенню в цей ланцюг додаткової енергії.

Особливість регенеративного підсилювача в тому, що вхідний і посилений сигнал відповідно подається і знімається з одного і того ж контуру, т. Е. Ланцюга джерела сигналу і навантаження збігаються (з урахуванням коефіцієнтів включення), отже, підсилювач має властивість взаємності, при якому вхід і вихід підсилювача можна поміняти місцями.

Завдяки цій властивості шуми електронного приладу, включеного на виході підсилювача, надходять назад в підсилювач і посилюються в ньому, погіршуючи шумові параметри підсилювача.

З цієї причини регенеративні підсилювачі роблять односпрямованим (навзамін). В таких підсилювачах підсилюваний сигнал проходить тільки в напрямку від джерела сигналу до навантаження, зворотний шлях виключається. Властивість односпрямованість в підсилювачі можна реалізувати двома шляхами:

1) включенням між джерелом сигналу, підсилювачем і навантаженням односпрямованих (зазвичай феритових) вентилів. При цьому підсилювач є регенеративним підсилювачем з односпрямованим вентилями або регенеративним підсилювачем прохідного типу;

2) з'єднанням джерела сигналу, підсилювача і навантаження через феритовий циркулятор. При цьому підсилювач є регенеративним підсилювачем з циркулятором або підсилювачем відбивної типу.

Енергія сигналу, що надходить з антени в коливальний контур, витрачається на втрати еквівалентного контуру, що визначаються втратами в самому контурі і втратами в підключеної до контуру навантаженні.

Якщо до контуру підключити двухполоснік з негативним опором, то результуючі втрати в контурі зменшуються, при цьому потужність сигналу в навантаженні зростає. У разі рівного розподілу підключеного до контуру негативного опору власним опору контуру відбувається компенсація втрат в контурі.

При цьому потужність сигналу з антени передається в навантаження (на вхід першого підсилювального або перетворювального каскаду) без ослаблення. Якщо вноситься в контур негативне опір більше власного опору контуру (спостерігається часткова компенсація не тільки втрат в контурі, а й поглинання енергії навантаженням), то потужність сигналу в навантаженні більше, ніж потужність сигналу від антени, тобто відбувається посилення сигналу.

Якщо вноситься негативне опір повністю компенсує втрати еквівалентного контуру разом з навантаженням, то в контурі виникають незгасаючі коливання і підсилювач перетвориться в генератор.

Зі збільшенням внесеного в контур негативного опору добротність контуру зростає, посилення підсилювача збільшується, проте смуга пропускання зменшується. Елемент з негативним опором можна створити за рахунок позитивного зворотного зв'язку або за допомогою деяких нелінійних елементів. Негативне опір обумовлено особливістю статичної вольт-амперної характеристики тунельного діода. Вольт-амперна характеристика ТД має падаючу ділянку, тому при виборі робочої точки на цій ділянці можна отримати диференціальне негативний опір (ріс.20.3).

I

I1

I2

0 U1 U2 U

Ріс.20.3. Вольт-амперна характеристика ТД

Падаючу ділянку характеристики ТД виникає через прояви тунельного ефекту за умови значної напруженості електричного поля на р-n переході. Така напруженість можлива при малій ширині переходу за рахунок великого вмісту домішкових атомів в кристалі. На цьому падаючому ділянці позитивне прирощення напруги + DU = U2 - U1 викликає негативне прирощення струму -DI = I2 - I1, Отже диференціальне опір ТД буде негативним.

Таким чином, регенеративне посилення обумовлено внесенням в коливальний ланцюг підсилювача негативного опору, в результаті чого активні втрати в контурі зменшуються, добротність коливальної системи зростає, тобто забезпечується посилення.

Переваги ТД:

1. безінерційного.

2. Малий вирівняні споживаної енергії.

3. Великий термін служби.

4. Здатність працювати в широкому діапазоні температур.

5. Стійкість до радіоактивного випромінювання.

В даний час ТД виготовляються з сильнолегованих напівпровідникових матеріалів, в яких забезпечується більша концентрацію електронів і дірок, вузький електронно-дірковий перехід і висока напруженість внутрішнього електричного поля в місці переходу. ТД виготовляються, як правило, з германію, арсеніду галію, антімоніда індію та ін. Матеріалів.

Вибір положення робочої точки на характеристиці ТД забезпечується подачею певної напруги зсуву на діод від джерела живлення. Необхідно відзначити, що не виключена можливість використання ТД і в підсилювачах біжучої хвилі.

Найбільшого поширення набули підсилювачі на ТД відбивної типу з циркулятором. На малюнку 20.4 показана принципова схема такого підсилювача. Сигнал з антени по коаксіальному кабелю подається на плече 1 цірулятора. Циркулятор забезпечує одностороннє проходження сигналу. Напрямок проходження сигналу в циркулятора позначено стрілкою. У показаної схемою поширення сигналу йде в напрямку 1-2. З плеча 2 сигнал по сполучному кабелю надходить на вхід підсилювача. Резонансної системою підсилювача служить короткозамкнений відрізок коаксіальної лінії 5 розміром L = l / 4.

RН

1 4

від антени радіоприймач

L = ? / 4

Ріс.20.4. Принципова схема підсилювачі на ТД

відбивної типу з циркулятором

Зв'язок циркулятора з резонатором обрана автотрансформаторной за рахунок підключення в точці А. У розрив центральної жили кабелю включається тунельний діод. Харчування діода здійснюється від низьковольтного джерела Е. Підбір необхідної величини напруги харчування проводиться за допомогою дільника на резисторах R1 і R2. конденсатор С1 служить для шунтування резистора R1 за змінним струмом. У схемі підсилювача відбувається посилення на частоті настройки коаксіального резонатора за рахунок внесеного з боку ТД негативного опору, що компенсує втрати в резонаторі. Режим роботи ТД вибирається так, щоб робоча точка містилася на середині ділянки з негативним опором.

Сигнал, що надійшов на вхід підсилювача, посилюється і відбита хвиля сигналу знову потрапляє на плече 2 і проходить пліч 3, з якого знімається сигнал на наступні каскади приймача.

опір R1, Включене в плечі 4 циркулятора, служить для поглинання відбитої від наступного каскаду енергії з тим, щоб вона не накладалася на прямий сигнал (шуми навантаження надходять в плече 4 і далі поглинаються RН і не потрапляють на вхід підсилювача). Таким чином, циркулятор усуває зворотний зв'язок між входом і виходом підсилювача, яка може бути причиною самозбудження.

Переваги підсилювача на ТД:

1. Мала споживана потужність.

2. Порівняно широка смуга пропускання (2-5% від несучої).

3. Стійкість до радіоактивного випромінювання, мала чутливість до зміни температури навколишнього середовища.

4. Тривалий термін служби, висока надійність.

5. Достатня посилення (15 дБ).

6. Порівняно малий коефіцієнт шуму (3-7 дБ, з охолодженням - 2-3 дБ).

7. Простота конструкції, малі габарити і маса.

8. Миттєве входження в режим.

9. Можливість мініатюризації.

Недоліки підсилювача на ТД:

1. Знижена електрична міцність (ТД виходить з ладу при вхідному сигналі, що перевищує певний рівень (25?50 дБ / мВт).

2. Мала вихідна потужність (основний недолік).

3. Малий динамічний діапазон.

4. У робочому режимі струм ТД має постійну складову, що є джерелом дробових флуктуаційних шумів.

Висновки по 2-му питанню:

1. Режим роботи по постійному струму ТД в підсилювачі вибирається таким чином, щоб робоча точка містилася на середині падаючого ділянки ВАХ діода.

2. Стійке положення робочої точки забезпечується опором резисторів подільника, при яких навантажувальна пряма по постійному струму перетинає ВАХ діода тільки в одній точці.

3. Критична частота ТД повинна в 3-4 рази перевищувати максимальну робочу частоту сигналу. Підсилювачі на ТД знаходять широке застосування в бортової апаратури систем супутникового зв'язку.

ВИСНОВОК

Застосування підсилювачів НВЧ сприяє зниженню коефіцієнта шуму приймача і тим самим збільшує його реальну чутливість. Як підсилювачів НВЧ широко застосовуються підсилювачі на ЛБВ і на ТД. Зазначені підсилювачі досить складні пристрої і вони знаходять застосування, в основному, в складній теле-, радіо- професійній апаратурі супутникових систем зв'язку, радіоастрономії, навігації.

 




 ЗАСОБІВ ЗВ'ЯЗКУ |  ПИТАННЯ №1 |  ВЦ УРЧ СМ ПФ ППЧ Д УЗЧ ОСС |  ПИТАННЯ №3 |  ПИТАННЯ №1 |  ПИТАННЯ №2 |  Каскодних схема УРЧ |  ПІДСИЛЮВАЧІ ПРОМІЖНОЇ частоти |  ПИТАННЯ №1 |  Широкосмугові імпульсні підсилювачі |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати