Широкополосного усилителя

Сейчас операционными усилителями (ОУ) называют усилители с непосредственными связями, обладающие высоким (104..105 и более) коэффициентом усиления и с широким использованием внешних обратных связей. Современные ОУ выпускаются в виде однокристальных полупроводниковых ИС. Они характеризуются чрезвычайно широкой универсальностью. Один и тот же ОУ может использоваться для выполнения в аналоговой форме математических операций, получения плос-ской, широкополосной частотной характеристики видеоусилителя, характеристики резонансного типа или в качестве предварительных ступеней высококачественного УНЧ и т. д.

Для получения широкополосной частотной характеристики усилителя в его схему вводятся цепи коррекции по низкой и высокой частотам или цепи обратной связи.

Для получения широкополосной частотной характеристики в схему усилителя вводятся цепи коррекции по низкой и высокой частотам, а также цепи обратной связи.

когда мгновенная частота со(0 = <о0 + j( модулирована тем же сообщением, что и в предыдущем случае, причем максимальная девиация частоты /д велика по сравнению с Fm, так что ширину w4M полосы частот модулированного колебания можно приравнять к 2ffl [случай «широкополосной» частотной модуляции, ф-ла (4.34)]. Интервал между выборками должен быть взят Д^ — = х/шчм = 1/2/д. Так как при ЧМ амплитуда колебания неизменна, то передавать ее нет необходимости. Следовательно, для однозначного представления частотно-модулированного колебания достаточно задавать фазу 0(/гД/) этого колебания в отсчетных точках, отстоящих одна от другой на время А/ = 1/2/д.

Этот принцип вытекает из общих положений теории передачи информации. Однако еще в 30 — 40-х годах, задолго до возникновения теории информации, в радиотехнике широкое распространение получили системы с широкополосной частотной модуляцией и некоторые другие широкополосные системы.

Практическая реализация этого способа ослабления помех возможна лишь в диапазоне ультракоротких волн и при радиопередаче на относительно небольшие расстояния (в пределах прямой видимости). Только при этих условиях удается обеспечить необходимую для широкополосной частотной модуляции ширину канала связи, а также избежать искажений сигнала, связанных с многократностью путей распространения радиоволн.

Сформированные таким образом сигналы линейно складываются в сумматоре 2, после чего подаются к частотному модулятору передатчика. Напряжению, поступающему из одного канала, соответствует определенная величина девиации частоты передатчика. Модулятор рассчитывается таким образом, чтобы суммарное напряжение всех каналов не выходило за пределы линейного участка модуляционной характеристики. Таким образом, полная девиация частоты равна линей» ной сумме девиаций частот, создаваемых отдельными каналами. Эю является необходимым условием устранения паразитного взаимодействия между отдельными каналами. На приемном конце радиолинии после линейного преобразования частоты осуществляется сначала ограничение по амплитуде и частотное детектирование, затем разделение каналов с помощью фильтров, идентичных фильтрам на передающей стороне, после чего полученные на выходе фильтров сигналы с однополосным спектром поступают к преобразователям частоты, к которым подаются также частоты Qb Q2, ..., Й„ от местных гетеродинов. На выходе смесителей выделяется разностная частота, т, е. Q. Для точного воспроизведения частот, совпадающих с частотами сообщений, подаваемых к данному каналу, должна обеспечиваться синхронность частоты местного гетеродина и соответствующего гетеродина на передающем конце линии. С этой целью на приемном и передающем концах линии обычно применяются одинаковые низкочастотные генераторы с кварцевой стабилизацией. Гармоники этих генераторов используются в качестве вспомогательных частот Qb Q2, ..., Qra. Описанная система обладает существенными достоинствами. Применение широкополосной частотной модуляции позволяет получить высокую помехоустойчивость связи, а применение однополосной амплитудной модуляции в каналах выгодно тем, что в отсутствие сообщения в каком-либо из каналов напряжение на его выходе отсутствует. Так как при передаче речи, музыки и других сообщений имеются значительные паузы, то при большом числе каналов нет необходимости ограничивать максимальную девиацию частоты, отводимую на один канал, величиной (1/п)/дмакс> где п — число каналов, a fn макс — наибольшая допускаемая передатчиком девиация.

когда мгновенная частота ы (/) = oi0 + dQ/dt модулирована тем же сообщением, что и в предыдущем случае, причем максимальная девиация частоты /д велика по сравнению с Fm, так что ширину А/чм полосы частот модулированного колебания можно приравнять к 2/д [случай «широкополосной» частотной модуляции, (3.34)1. Интервал между выборками должен быть взят А/ <^ 1/А/чм = = 1/2/д. Так как при ЧМ амплитуда колебания неизменна, то передавать ее нет необходимости. Следовательно, для однозначного представления частотно-модулированного колебания достаточно задавать фазу 0 (пДО этого колебания в отсчетных точках, отстоящих одна от другой на время А^ ^ 1/2/д. При одной и той же длительности сообщения Тс число выборок фазы при ЧМ равно Д/ЧМТС = =2/д Тс, а число выборок огибающей при AM равно А/ам^о = 2FmTc. Отсюда видно, что при одинаковом передаваемом сообщении (при одинаковом количестве информации) частотно-модулированный сигнал обладает числом степеней свободы в fA/Fm = m раз большим, чем амплитудно-модулированный сигнал. Это является результатом расширения спектра сигнала при ЧМ. На приемной стороне канала связи после частотного детектирования модулированного 5* 131

Следует подчеркнуть, что преимущества широкополосной частотной модуляции сохраняются, пока помеха на входе детектора слабее сигнала и пока обеспечивается полное ограничение амплитуды колебания на входе детектора. В тех же случаях, когда помеха сильнее сигнала, имеет место подавление сигнала.

Здесь коэффициент нелинейных искажений kf им.еет прежний смысл (5.120), но не для самого ЧМ-сигнала, 'претерпевающего при ограничении спектра линейные искажения, а для модулирующего сигнала, который при этом становится Негармоническим. Из сравнения формул (1.23) и (5.136) видно, что при m.j
Для получения широкополосной частотной характеристики усилителя в его схему вводятся цепи коррекции по низкой и высокой частотам или цепи обратной связи.

На 2.16 приведена схема трехкаскадного широкополосного усилителя с последовательно-параллельной1 обратной связью.

На 2.20 приведена электрическая схема широкополосного усилителя с использованием описанных каскадов. Выделим основные части схемы и рассмотрим их

2.20. Схема интегрального широкополосного усилителя

широкополосного усилителя (кривая 2); 6 — частотная характеристика резо-

Поэтому с увеличением частоты коэффициент усиления широкополосного усилителя может не только не уменьшаться, но даже увеличиваться и оказаться больше коэффициента усиления на средних частотах ( 6.20, б, кривая 2). Частотная характеристика широкополосного усилителя без коррекции показана на 6.20, б (кривая /).

7.37. Конструкция широкополосного усилителя мощности: / корпус модуля: 2 крышка; 3 -плата; 4- транзистор с планар-ными выводами; J — коаксиальный гермоввод; 6 НЧ-гермоввод;

приведена топология варакторного умножителя частоты, включающего блокировочную короткозамкнутую линию и фильтр на МПЛ. На 7.37 показана конструкция модуля широкополосного усилителя дециметрового диапазона с выходной мощностью 30...40 мВт, размещенного в гермокорпусе. Герметизация осуществляется пайкой крышки с последующей откачкой воздуха и заполнением внутреннего объема модуля сухим азотом. На 7.38 приведена конструкция модуля приемного устройства Отдельные узлы (гетеродин, балансный смеситель, УПЧ) разделены экранирующими перегородками, через которые проходят линии связи. Отвод теплоты от диода Ганна осуществляется радиатором.

В любой, даже в самой высококачественной, колебательной системе имеются потери, поэтому возникшие колебания постепенно должны затухнуть. Если колебания незатухающие, то потери компенсируются за счет энергии какого-то источника. В общем случае потери в колебательной системе могут быть представлены в виде некоторого эквивалентного сопротивления потерь Ru. Если это сопротивление компенсировать отрицательным сопротивлением Rn — R = 0, то колебания, возбужденные в контуре, будут продолжаться бесконечно долго (ибо в контур вводится энергия, компенсирующая потери). Отрицательное сопротивление можно получить, используя падающий участок на вольт-амперной характеристике терморезистора, туннельного диода, динистора, тиристора, двухбазового диода и т. д., а также с помощью положительной обратной связи. Наиболее часто генераторы незатухающих колебаний выполняются в виде устройств с положительной обратной связью. При этом в зависимости от глубины положительной обратной связи и параметров частозадающего контура генерируемые колебания могут быть гармоническими (синусоидальной формы) и релаксационными (прямоугольной, импульсной, пилообразной форм и т. д.). Особое место среди генераторов занимают генераторы шума, которые в простейшем случае выполняются в виде высококачественного широкополосного усилителя, на входе которого устанавливается источник шумового напряжения: электронно-вакуумный или полупроводниковый диод, стабилитрон и т. д. В особо ответственных случаях генераторы шума выполняют на основе сдвигающих регистров.

показаны частотные характеристики усилителя низкой частоты' /, высокой частоты 2, широкополосного усилителя 3 и усилителя постоянного тока 4. Частотные характеристики узкополосных усилителей показаны на 4.1,0.

Канал вертикального отклонения луча (канал Y) включает входные цепи, предварительный усилитель, элемент задержки, оконечный усилитель. Входная цепь канала служит для согласования параметров входа широкополосного усилителя вертикального отклонения осциллографа с параметрами цепи исследуемого сигнала. Аттенюатором (частотно-компенсационным делителем) выбирается величина сигнала, удобная для наблюдения и исследования на экране ЭЛТ. Через аттенюатор

Комплексный коэффициент усиления избирательного усилителя будет определяться по такой же формуле, как и для широкополосного усилителя с ОЭ [см. 5.27], с той лишь разницей, что вместо активного сопротивления /?к = г„ (см. 5.18) будет комплексное сопротивление контура Z: