Многие из применяющихся в настоящее время малошумящих усилителей являются регенеративными или усилителями с положительной обратной связью, которая сопровождается внесением в сигнальную цепь отрицательной проводимости. Поэтому часто их называют усилителями с отрицательной проводимостью или усилителями с отрицательным сопротивлением.
В зависимости от физической основы создания эффекта отрицательной проводимости регенеративными могут быть квантовые парамагнитные усилители, параметрические усилители, усилители на тунельных диодах и т.д.
Эти усилители характеризуются рядом общих свойств, которые рассматриваются далее.
В регенеративных СВЧ-усилителях регенерирующий элемент обычно включается в колебательную систему, определенным образом связанную с источником сигнала и нагрузкой. В общем случае эта связь может осуществляться через одну или две пары зажимов. Соответственно различают отражательные и проходные регенеративные усилители.
Отражательные усилители для разделения приходящей волны и усиленной отраженной сигнальной волны предполагают использование невзаимных устройств - ферритовых циркуляторов, а а проходных - вентили.
|
|
![]() |
Упрощенные структурные схемы отражательного и проходного усилителей представлены на рисунке 5.7.а, б.
Усилитель проходного типа
Рис.5 7.б.
Коэффициент усиления по мощности усилителя отражательного типа определяется как
, (5.20)
где Р отр - мощность отраженной волны сигнала;
Р пад - мощность сигнала от источника;
z вх - входное сопротивление резонатора с регенерирующим элементом;
z0 - волновое сопротивление плеча циркулятора.
Эквивалентные схемы отражательного и проходного усилителей можно представить следующим образом (рис. 5.8.а, б).
![]() |
![]() |
Для эквивалентной схемы отражательного усилителя характерно то, что в ней присутствует лишь одно вносимое сопротивление. Это объясняется тем, что резонатор подключается к одному плечу циркуля-тора и сопротивление генератора и нагрузки, вносимые в контур, оказываются физически совмещенными.
Оценим параметры таких усилителей. Первоначально рассмотрим усилитель проходного типа.
Коэффициент усиления по мощности такого усилителя определяется по формуле
, (5.21)
где - мощность сигнала, выделяемая в нагрузке;
- номинальная мощность источника сигнала;
- полное сопротивлении сигнального контура.
Отсюда следует, что
. (5.22)
|
|
При резонансе
. (5.23)
Вводя коэффициент регенерации, определяемый отношением вносимого отрицательного сопротивления к полному активному сопротивлению нагруженного контура
, (5.24)
получим
. (5.25)
Если резонансная система представляет собой одиночный контур, для которого вблизи резонансной частоты обобщенная расстройка (где
), а нагруженная добротность сигнального контура определяется выражением
, то относительная полоса пропускания по уровню половинной мощности равна
.
Поскольку рассматриваемый усилитель охвачен положительной обратной связью, оценим площадь его усиления
. (5.26)
Считая и
, имеем для усилителя проходного типа
. (5.27)
Проводя аналогичный анализ отражательного усилителя, можно показать, что для него
. (5.28)
Сравнение последних формул показывает, что отражательный усилитель при прочих равных условиях характеризуется большей широкополосностыо и, следовательно, в этом отношении имеет преимущества по сравнению с проходными.
Основным недостатком регенеративных усилителей является их узкополосность. На практике при усилении 13÷20 дб относительная полоса пропускания составляет единицы процентов. Для расширения полосы
пропускания регенеративных усилителей используют специальные корректирующие цепи или более сложные резонансные системы, которые позволяют расширить полосу пропускания до 30÷40 % от несущей.