Малошумящие усилители на электролампах и лампах бегущей волны

На электролампах:

В силу отсутствия шумов случайного перераспределения катодного тока в малошумящих каскадах использовались только триоды. Для повышения устойчивости усиления нашло широкое применение включение триода по схеме с общей сеткой (ОС), где роль проходной играла малая ёмкость анод – катод, а не анод – сетка. Для согласования низкого входного сопротивления схемы ОС со входной цепью и повышения усиления в метровом диапазоне использовалась комбинация из двух триодов по схеме катод – общая сетка (каскодная схема ОК-ОС).

С ростом частоты происходит падение крутизны и возрастает активная составляющая входной проводимости лампового триода. Это связано с влиянием времени пролета электронов между катодом и сеткой и влиянием паразитной индуктивности катодного вывода, создающей комплексную обратную связь. В результате существует критическая частота, выше которой усиление становится меньше единицы. Те же факторы приводят к росту шумов, наводимых в цепи сетки флуктуациями электронного потока. Для повышения частотного потолка были созданы специальные конструкции ламповых триодов с очень малым промежутком сетка - катод (лампа 6С17К - СССР - 25 мкм, лампа 6BY4 - США - 12 мкм) и специальной формой выводов (в виде дисков или цилиндров), непосредственно стыкуемых с СВЧ резонансной системой. Рабочий диапазон таких ламп достигал 5…10 ГГц. В дальнейшем в связи с появлением новых возможностей малошумящего усиления электронные лампы сохранили свою роль только в некоторых специальных условиях применения (высокие температуры, ионизированная среда и т.д.)

На ЛБВ:

Усиление осуществляется за счет пространственно протяженного взаимодействия Э-М волн и потоков электронов.

Отличительной особенностью ЛБВ является широкополосность, связанная с отсутствием резонансных систем. Для усиливаемого сигнала ЛБВ, по-существу, представляет длинную линию с отрицательным затуханием. Полоса усиления достигает десятков процентов и ограничена только дисперсионностью замедляющей системы и качеством согласования на входе и выходе.

В усилителе на ЛБВ длинную линию образует замедляющая система, в которой с приблизительно одинаковой скоростью и в одном направлении распространяются электромагнитная волна и пучок электронов. Замедление может быть сделано значительным; например, в случае спирали оно приблизительно равно отношению длины окружности к шагу спирали. При этом фазовая скорость волны

,

где h - шаг, a - радиус спирали, c - скорость света.

Скорость электронов (км/с) V _э=590 , где U - ускоряющее напряжение, В. Подбором U устанавливается равенство V _э» V _в, при котором осуществляется длительное взаимодействие электронного потока с волной. Электроны, движущиеся в ускоряющих участках волны, увеличивают свою скорость, а в тормозящих - уменьшают. В результате электронный пучок оказывается промодулированным по скорости. Эта модуляция по прошествии некоторого пути превращается в модуляцию пучка по плотности заряда. Для того, чтобы энергия движения электронов могла перейти в энергию волны и создать усиление, необходимо, чтобы преобладающая часть электронов концентрировалась в тормозящих участках поля. Это возможно, если подобрать ускоряющее напряжение U так, чтобы скорость V _э была немного больше скорости волны.

Усилители на ЛБВ в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн обеспечивают усиление К _р = 13…30 дБ. Чтобы при этом не возникало возбуждение и искажение АЧХ за счет рассогласования на концах замедляющей системы, в нее вводится участок с большим затуханием (рис.3.2). На пути, от входа до участка с затуханием, происходит группирование электронов. Затем входная волна практически полностью затухает, а сгруппированный пучок электронов на пути от участка с затуханием до выхода снова возбуждает когерентную с исходной электромагнитную волну с нарастающей амплитудой. Отраженная от выхода волна движется ко входу без взаимодействия с пучком и полностью поглощается на участке с затуханием.

 

 

1. Общие соотношения для малошумящих регенеративных усилителей.

1. Малошумящие полупроводниковые параметрические усилители: принцип действия, соотношения Менли и Роу, классификация.

Для трехчастотной цепи представляют интерес следующие случаи:

а) f ₁ = f ₊ т.е. m =1, n =1.

При этом

б) f ₃ = f _- = f ₂ – f ₁, т.е. m = -1, n =1.

При этом

в) f ₃ = nf ₂, P ₃ = - P ₂.

В случае а) емкость может потреблять мощность на частоте f ₁ и f ₂ и отдавать на частоте f ₊. Если f ₂ частота накачки, а f ₁ – частота сигнала, и на частоте сигнала в емкости поглощается мощность P ₁, то на частоте f ₊ из конденсатора будет отбираться мощность (знак "-") Таким образом этот случай представляет потенциально устойчивый преобразователь частоты f ₁ на суммарную частоту f₊ с усилением

В случае б), если емкость потребляет мощность на частоте накачки f ₂, то она отдает ее на частотах f ₁ и f _-. Наличие тока разностной частоты в цепи емкости при этом является обязательным условием получения отрицательного сопротивления. Поскольку частоты f ₁ и f _- в схеме равноправны, то и в цепь сигнальной, и в цепь разностной частоты вносятся отрицательные сопротивления. В зависимости от того, в какую из этих цепей включена выходная нагрузка, схема может представлять регенеративный усилитель или потенциально неустойчивый преобразователь на частоту f _-

Случай в) описывает умножение частоты. При умножении на нелинейной емкости, не имеющей потерь, из закона сохранения энергии следует, что КПД умножителя равен 100%.

В общем виде уравнения Мэнли-Роу представлены ниже:

1. Резонансная система двухконтурного параметрического усилителя, его оптимизация. На этот вопрос я не знаю где брать ответ (особенно про оптимизацию, хотя он вроде бы одно лицо с предыдущим).
2. Квантовые парамагнитные усилители, принцип действия, конструкции.(я не знаю чё тут конкретно писать, поэтому взял всё)