Резонансный усилитель с быстрым установлением выходного напряжения

 

Резонансный усилитель с быстрым установлением выходного напряжения. Полезная модель относится к области радиолокации, системам многоканальной связи и может быть использована для усиления и выделения полезной информации, которая передается с помощью последовательностей прямоугольных радиоимпульсов или фазоманипулированных колебаний. Резонансный усилитель с быстрым установлением выходного напряжения содержит транзистор (1), коллектор (2) которого соединен с первым концом колебательного контура. Колебательный контур состоит из первой индуктивной катушки (3), соединенный последовательно с параллельно соединенными первым конденсатором (4), резонансной цепочкой, состоящий из второй индуктивной катушки (5) второго конденсатора (6) и резистивной нагрузкой 7. Второй конец колебательного контура или параллельно соединенных резонансной цепочки, первого конденсатора и резистивной нагрузки, соединен с клеммой «+» 8 источника постоянного напряжения Uk0, клемма «-» (9) источника напряжения Uko соединена с эмиттером (10) транзистора и клеммой «-» (11) источника напряжения смещения UБО. Клемма «+» 12 источника напряжения смещения соединен с клеммой (13) источника усиливаемого сигнала Ùвх у которой клемма (14) соединена с базой (15) транзистора. 2 илл.

Предлагаемая полезная модель относится к области радиолокации, системам многоканальной связи. Она предназначена для усиления и выделения полезной информации, которая передается с помощью последовательностей прямоугольных радиоимпульсов или фазоманипулированных колебаний.

Известен резонансный усилитель, колебательный контур которого образован внутренней индуктивностью основного транзистора и конденсатором, база дополнительного транзистора соединена с источником входного сигнала и через резистор - с эмиттером основного транзистора (см. RU 307736, H03F 1/04, 27.06.2000).

Недостатком этого устройства является то, что колебательный контур, входящий в состав усилителя является инерционной цепью и это снижает скорость изменения во времени огибающей выходного колебания.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа одноконтурный резонансный усилитель, содержащий биполярный транзистор типа n-p-n, включенный на схеме с общим эмиттером. Нагрузкой электронного прибора служит фильтр, представляющий параллельный колебательный контур, настроенный на частоту несущей гармоники (см. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: Высшая школа, 2005, с.236-237.).

К недостаткам известного устройства относятся:

1. при воздействии прямоугольных радиоимпульсов огибающая на выходе запаздывает относительно огибающей входного сигнала;

2. при фазоманипулированном колебании скачок фазы входного сигнала приводит к изменению амплитуды выходного сигнала, т.е. к возникновению паразитной амплитудной модуляции.

Таким образом, техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение быстродействия колебательного контура и тем самым приближение выходного сигнала к масштабной копии входного сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в резонансном усилителе с быстрым установлением выходного напряжения, содержащем транзистор с общим эмиттером, источник постоянного напряжения в цепи коллектор-эмиттер, источник смещения, источник усиливаемого сигнала, колебательный контур, первый конец которого соединен с коллектором транзистора, согласно полезной модели, колебательный контур состоит из первой индуктивной катушки, соединенной последовательно с параллельно включенными первым конденсатором, резонансной цепочкой, выполненной из второй индуктивной катушки и второго конденсатора, и резистивной нагрузкой, при этом конец параллельно соединенных первого конденсатора, резонансной цепочки и резистивной нагрузки образует второй конец колебательного контура, который через источник постоянного напряжения в цепи коллектор-эмиттер соединен с эмиттером транзистора, образуя общий узел с источником напряжения смещения, последовательно соединенного с источником усиливаемого сигнала и базой транзистора.

Отличительными признаками заявляемого устройства являются: выполнение колебательного контура (КК) из первой индуктивной катушки, соединенной последовательно с параллельно включенными первым конденсатором, резонансной цепочкой, выполненной из второй индуктивной катушки и второго конденсатора, и резистивной нагрузкой. Реактивные элементы КК настроены в резонанс на частоту несущей гармоники, которая выделяется на резистивной нагрузке. Резонансная цепочка с частотой кратной двум несущей гармоники шунтирует на этой частоте резистивную нагрузку. Параметры элементов КК обеспечивают установление выходного сигнала за половину периода несущей частоты, тем самым обеспечивается приближение выходного сигнала к масштабной копии входного сигнала.

На фиг.1 представлена электрическая схема резонансного усилителя, а на фиг.2 - временные диаграммы фазоманипулированного входного и выходного сигналов;

где uвх(t) - напряжение на входе колебательного контура с нормированной частотой =1

uвых(t) - напряжение на выходе резонансного усилителя, время установления выходного сигнала не превышает ½ периода входного сигнала.

Резонансный усилитель с быстрым установлением выходного напряжения додержит транзистор 1, коллектор 2, которого соединен с первым концом колебательного контура. Колебательный контур состоит из первой индуктивной катушки 3 (L1), соединенной последовательно с параллельно соединенными первым конденсатором 4 (C5 ), резонансной цепочкой, выполненной из второй индуктивной катушки 5 (L3) и второго конденсатора 6 (C4), и резистивной нагрузкой 7 (Rн). Конец параллельно соединенных первого конденсатора 4, резонансной цепочки и резистивной нагрузки 7 образует второй конец колебательного контура, который соединен с клеммой «+» 8 источника постоянного напряжения U БО. Клемма «-» 9 Uко источника постоянного напряжения, эмиттер 10 транзистора 1 и клемма «-» 11 источника напряжения смещения UБ0 объединены в общий узел. Клемма «+» 12 источника напряжения смещения последовательно соединена с клеммой 13 источника усиливаемого сигнала Ù сигн, клемма 14 которого соединена с базой 15 транзистора.

Резонансный усилитель работает следующим образом. Появившийся на входе усилителя сигнал в виде радиоимпульса Ù сигн проходит через транзистор 1, где он усиливается до напряжения Ùвх.

Напряжение Ù вх подается на вход колебательного контура, продольная и поперечная ветви которого, выполненные из реактивных элементов L1 и C5, L3-C4 образуют резонансный контур, настроенный на несущую частоту радиоимпульса, что позволяет выделить полезный сигнал. Ветвь, образованная из элементов L3 и C4 к которой присоединена нагрузка Rн, выполняет роль корректирующей цепочки. Выходное напряжение на нагрузке Ùвых отличается малым временем установления.

Работу резонансного усилителя поясним на основе следующих выкладок.

Для получения схемного решения, позволяющего плавно на интервале времени T0 выделить несущую гармонику, применим синтез реактивных электрических цепей во временной области.

Рассмотрим интегратор, осуществляющий преобразование входного сигнала uвх(t) в выходной сигнал uвых(t) по следующему закону

Определенный интеграл, входящий в уравнение, равен очевидно, разности двух значений первообразной сигнала, одно из которых вычисляется при аргументе t, а другое - при аргументе t-T0. Используя соотношения для спектральной плотности сигнала, смещенного во времени и учитывая что спектр первообразной

получаем формулу связи между спектральными плоскостями сигналов на входе и выходе

Функция передачи по напряжению рассматриваемого интегрирующего устройства

Чтобы получить интегрирующее устройство с функцией передачи (4) воспользуемся хорошо разработанным методом синтеза линейных электрических цепей во временной области.

При нормированной амплитуде входного сигнала U вхm=I и приняв T0=, j=s получим

При s=j

Нулями функции передачи (6) являются нули синуса, лежащие на оси

(j/2)=±j, j=±2k(k=0, 1, 2,).

Напишем числитель аппроксимирующей дроби

Нулями вещественной и мнимой частей знаменателя являются нули косинуса и синуса

k=(2k+1), k=±2k(k=0, 1, 2,).

Запишем четную и нечетную части знаменателя дроби (6)

Учтя конечное число гиперболических функций получаем функцию передачи интегрирующего устройства n-го порядка

Коэффициенты A1 и A 2 найдем из условия приравнивания H(s) и G(s) при s=0, s=j:

Отсюда

При n=1, получим цепь четвертого порядка

Функцию передачи реализуем в виде реактивного четырехполюсника по двум элементам матрицы проводимостей Y 21 и Y22. Из условия обеспечения нечетности параметра Y21, получаем

;

Проводимость передачи - Y21 имеет нуль при s=. Проводимость Y22 имеет избыточные полюса s=±j2.

Реализацию начинаем с выделения из Y22 избыточного полюса, соответствующего проводимости

,

Эта проводимость реализуется ветвью из последовательной резонансной цепочки с индуктивностью 5 L=0,94 и емкостью 6 С=0,26, соединяемой параллельно резистору 7 R H=1.

Остающаяся проводимость

,

реализуется индуктивностью 3 L=1,57 и емкостью 4 C=0,28. Полученная схема показана на фиг.1.

Пересчет параметров на заданное выходное сопротивление R н1 и несущую частоту w0 (денормировка) производится по соотношениям

Резонансный усилитель с быстрым установлением выходного напряжения, содержащий транзистор с общим эмиттером, источник постоянного напряжения в цепи коллектор-эмиттер, источник напряжения смещения, источник усиливаемого сигнала, колебательный контур, первый конец которого соединен с коллектором транзистора, отличающийся тем, что колебательный контур состоит из первой индуктивной катушки, соединенной последовательно с параллельно соединенными первым конденсатором, резонансной цепочкой, выполненной из второй индуктивной катушки и второго конденсатора, и резистивной нагрузкой, при этом конец параллельно соединенных первого конденсатора, резонансной цепочки и резистивной нагрузкой образует второй конец колебательного контура, который через источник постоянного напряжения в цепи коллектор-эмиттер соединен с эмиттером транзистора, объединенных в общий узел с источником напряжения смещения, последовательно соединенного с источником усиливаемого сигнала и базой транзистора.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к усилителям высокой частоты на полупроводниковых приборах и может быть использована в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в качестве устройства усиления аналоговых сигналов, в структуре аналоговых и аналого-цифровых микросхем различного функционального назначения с низким напряжением питания

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности, в точных, быстродействующих стабилизаторах переменного напряжения

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к устройствам для снижения величины остаточного механического напряжения металла и может быть использована для снижения величины остаточного механического напряжения на участках металлоконструкции с повышенным напряженно-деформированным состоянием металла
Наверх