дена на рис. 7-43. Усиление по напряжению катодного повторителя на частотах, при которых надо считаться с временем пролета, равно:

f вых

= Rk (Rj + P-Rbx)

(7-138)

вых - выходное напряжение;

£п - напряжение источника сигнала; RK - сопротивление катодной нагрузки; /?вх - входное сопротивление лампы, созданное временем пролета; Rit - сопротивление источника сигнала; Ri - внутреннее сопротивление лампы.

Рис. 7-43. Схема усилителя с общим анодом (катодного повторителя).

Входное сопротивление катодного повторителя на высоких частотах равно

1 -Ко

(7-139)

где Ко - усиление катодного повторителя, определенное из (7-138) при Rn = 0.

Входная емкость катодного повторителя равна:

Свх = Сс.а + Сс.к(1-ед, (7-140)

где Сс а - емкость сетка - анод; Сс „ -емкость сетка - катод;

К0 - усиление катодного повторителя, определенное согласно (7-138) при Яи = о.

Выходное сопротивление катодного повторителя на высоких частотах при настройке ре-активностей лампы и схемы в резонанс равно:

Rati? -

я, + я; п+ иявх/(/?и+ /?вхл

,(7-141)

(Rbx + Ru) Rk

Rbx + Я„ + Rk

Эквивалентная схема катодного повторителя с учетом источников шумов приведена на рис. 7-44. Коэффициент шума катодного повторителя в этой области частот, где Явх .много больше /?и или RK, равен:

Ш=1+-, (7-142)

где Rm - эквивалентное шумовое сопротивление лампы.

В области частот, где RBX соизмеримо с Яи и RK, выражение для коэффициента шума катодного повторителя имеет сложный вид и здесь не приводится 1.

Рис. /-44. Схема усилителя с общим анодом с учетом источников шумов.

7-4к. Переходные характеристики резонансных усилителей. У чет искажений импульсных сигналов в резонансных усилителях радио-и промежуточной частоты имеет важное значение при конструировании телевизионных и радиолокационных приемников. Требования к времени установления амплитуды и к выбросу могут определить выбор типа между каскадной связи, используемой в таких усилителях.

Если относительная полоса пропускания Д /о резонансного усилителя мала, то резонансная кривая усилителя имеет приблизительно арифметическую симметрию относительно резонансной частоты /„. В этом случае связь полосы пропускания с искажениями огибающей кривой несущих колебаний частоты f0 оказывается примерно такой же, как и связь полосы пропускания видеочастотного резонансного усилителя с искажениями видеоимпульса, имеющего ту же форму, что и огибающая высокочастотных колебаний. Для малых относительных полос пропускания таким эквивалентом резонансного усилителя является фильтр низких частот, у которого частотной характеристикой служит правая половина резонансной кривой усилителя, сдвинутая к нулевой частоте.

Для усилителя, состоящего из п каскадов с одинаково настроенными одиночными контурами и обладающего малой относительной полосой пропускания, переходная характеристика амплитуды, т. е. реакция на входной сигнал в виде несущего колебания частоты /0, модулированного ступенчатой функцией, не имеет выброса. Эта характеристика эквивалентна переходной характеристике, т. е. реакции на ступенчатый входной сигнал усилителя, содержащего п каскадов RC, каждый из которых имеет полосу пропускания, равную половине полосы пропускания одноконтурного каскада резонансного усилителя. Соотношение между временем установления амплитуды и полосой пропускания любого числа одноконтурных одинаково настроенных каскадов определяется с точностью до ± 10% выражением

/„ = 0.70,

(7-143)

См. Ламповые усилители, «Советское радио».

где ty - время установления амплитуды между точками 0,1 и 0,9 от стационарного значения, мксек.

Л/„ - общая полоса пропускания «-каскадного усилителя, Мгц.

Определение времени установления амплитуды для усилителей, полосы которых соответствуют более чем одной частоте (см. § 18-46), например для усилителей с взаимно расстроенными парами или тройками каскадов либо для усилителей со связанными контурами, представляет собой значительно более сложную задачу даже для малых относительных полос пропускания. Переходная характеристика амплитуды для усилителей с несколькими полюсами имеет выброс. Величина выброса в случае усилителя с взаимно расстроенными контурами является функцией отношения разноса резонансных частот контуров к полосе пропускания каждого контура, а в случае усилителя со связанными контурами величина выбора является функцией коэффициента связи и добротности контуров Q. Для усилителей с сильной расстройкой каскадов или сильной связью между контурами величина выброса зависит также от относительной величины провала резонансной кривой. 1

7Ал. Задержка сигнала в резонансных усилителях. Колебательные контуры создают фазовый сдвиг выходного сигнала относительно входного, зависящий от соотношения частоты сигнала и резонансной частоты контура. Когда модулированная несущая воздействует на параллельный резонансный контур, то фазовый сдвиг несущей и боковых частот будет зависеть от добротности контура и от соотношения между частотой несущей и резонансной частотой контура. Если контур настроен на несущую частоту, то фазовый сдвиг несущей будет равен нулю, а нижнее и верхнее боковые колебания будут соответственно сдвинуты по фазе в сторону отставания или опережения. Поскольку боковые колебания сдвигаются по фазе относительно несущей, огибающая модулированных колебаний тоже сдвигается по фазе. Этот фазовый сдвиг огибающей эквивалентен задержке огибающей во времени после прохождения контура. Если фазовые сдвиги нижнего и верхнего боковых колебаний относительно несущей имеют одинаковую величину при противоположных знаках, то задержка во времени - запаздывание огибающей - будет равна:

t3=f, (7-144)

где 1Ъ - время задержки, сек;

ДР - фазовый сдвиг нижней боковой частоты относительно несущей, рад; Др>0, когда нижние боковые частоты сдвигаются по фазе относительно несущей в сторону опережения;

S - частота модуляции, рад/сек.

Задержка огибающей ряда модулирующих частот постоянна только в том случае, когда фазовые сдвиги пропорциональны отклонению частоты от несущей. За исключением знака,

1 Более детальное рассмотрение переходных характеристик см. в книге «Ламповые усилители», «Советское радио», 1950.

фазовые сдвиги должны быть одинаковы для нижних н верхних частот.

Если входной сигнал имеет вид импульса высокочастотных колебаний с прямоугольной огибающей кривой, то его огибающая образуется бесконечным множеством боковых колебаний, амплитуды которых распределены по закону s\nx/x. Выходной импульс будет точно повторять форму импульса на входе (с некоторым запаздыванием), если др/Дш постоянно в пределах всей полосы пропускания, а сама полоса достаточно широка для того, чтобы пропустить все боковые частоты. На практике ни одно из этих условий не выполняется и выходной импульс приобретает амплитудно-частотные и фазо-частотные искажения. Время задержки импульса резонансным усилителем, определяемое на уровне 50% высоты импульса, можно рассчитать с точностью до 15% по формуле

Гз = -щ [мксек] (7-145)

(одноконтурные каскады, настроенные на одну частоту), где п - число каскадов усилителя; Af - полоса пропускания с каждого каскада, Мгц.

t3 = У88Д/ мксек\ (7-146)

(пары одноконтурных взаимно расстроенных каскадов с предельно плоской резонансной кривой или двухконтурные каскады с переходной связью), где п - число пар одноконтурных каскадов или число двухконтурных каскадов; Д/-полоса пропускания каждой пары одноконтурных каскадов или каждого двухконтур-ного каскада.

(7"147)

(тройки одноконтурных взаимно расстроенных каскадов с предельно плоской резонансной кривой), где п - число троек каскадов; Af - полоса пропускания каждой тройки каскадов, Мгц.

Выражения (7-145)-(7-147) выведены в предположении, что др/Дш постоянно в пределах полосы пропускания и равно значению Др/Дш, измеренному на частотах, соответствующих ослаблению на -3 дб.

7-5. СМЕСИТЕЛИ

В основе работы супергетеродинных приемников лежит преобразование принятого сигнала радиочастоты в сигнал промежуточной частоты, который затем усиливается и детектируется. Пооцесс преобразования частоты называется также гетеродинированием. В схеме смесителя напряжение местного генератора-гетеродина подвергается модуляции радиочастотным сигналом, в результате чего возникают модуляционные частоты, равные сумме и разности частот радиосигнала и гетеродина. Кроме того, образуются колебания с частотами, равными сумме и разности частот радиосигнала и всех гармоник частоты гетеродина. Один из этих модуляционных сигналов выделяется и усиливается, он и является сигналом промежуточной частоты. Если функции смесителя и гетеродина выполняет одна и та же лампа, то она называется преобразователем.

Взаимная модуляция двух сигналов может осуществляться только с помощью нелинейного элемента (см. § 5-1), поэтому смесители и преобразователи являются нелинейными устройствами.

7-5а. Триодные и пентодные смесители Триоды и пентоды при определенных условиях могут служить смесителями Важнейшими показателями триодных и пентодных смесителей являются: 1) крутизна преобразования; 2) метод подачи напряжения гетеродина; 3) входное и выходное сопротивления; 4) коэффициент передачи; 5) коэффициент шума; 6) требования к величине смещения.

1. Крутизна преобразования Основным показателем смесительной лампы является крутизна преобразования

S„n = -i?v , (7-148)

Jnp -

где /пр - амплитуда выходного тока промежуточной частоты;

Up4 - амплитуда входного сигнала радиочастоты;

В употребляемых обычно режимах амплитуда напряжения гетеродина выбирается примерно равной напряжению отсечки лампы смесителя и значительно превышает амплитуду радиочастотного сигнала. В этих условиях крутизна S будет функцией только напряжения гетеродина. Пример того, как может изменяться S в зависимости от напряжения гетеродина, показан на рис. 7-45. Изменения S во времени в функции напряжения гетеродина могут быть представлены в виде ряда Фурье:

S (t) = а0 + at cos u>rt -\-

-f a2cos2oV + (7-149)

где шг - угловая частота гетеродина, рад/сек.

Коэффициенты ряда (7-149) выражаются известными уравнениями:

S(t)d(a,t). (7-150)

£11.

ап = - S(t)cos(nalt)d(iolt) (7-151)

Если радиочастотный сигнал подводится к сетке лампы в присутствии напряжения гетеродина, то мгновенное значение анодного тока может быть представлено в виде:

/а = S (г) Up4 sm oip4t (7-152)

(а = ааирч sin (мрчг) + с/рч °п sin (шРчО X

л - 1

X cos (na>rt) = a0Up4 (ШрЧ0 + со

+ -у UV4 ап sin («рч + na)r) t +

1 V

2Uv4 ал sin (мрч - пиг) г ... (7-153) п = 1 .

Если в качестве промежуточной частоты выбрана разность шрч ± «и>г, то крутизна преобразования будет равна1

/(и> +- ПОУ 1 с V рч - IV

(7-154)

где /(и

°г)

-Щрл

амплитуда тока промежуточной частоты на выходе смесителя; крутизна преобразования радиочастотного сигнала на n-й гармонике гетеродина. Таким образом, в (7-153) представляет интерес лишь член, содержащий /(0> + п«>гу Амплитуда составляющей анодного тока этой частоты равна ап11рч/2 и (7-154) дает:

о ап °пр/г - 2

или, используя значение коэффициента Фурье из (7-151),

Jnpn

2" \

S (t)cos(noirt)d (о)г0 (7-155)

В большинстве случаев промежуточная частота выбирается равной разности между основной частотой гетеродина и частотой сигнала. При этом п - 1 и крутизна преобразова ния приводится к виду:

I \ S (/)(os(u,.0 d(wTt) (7 156) In .)

Следует отметить, что если даже напряже иие гетеродина не содержит гармоник, то все же в составе анодного тока согласно (7-153) возникнут гармоники частоты гетеродина за счет нелинейного режима смесительной лампы.

Крутизна преобразования смесительной лампы может быть определена графически по характеристике зависимости крутизны лампы от напряжения на сетке S = f (Ес), если известны амплитуда напряжения гетеродина и напряжение смещения. 1 Для этого используют зависимость крутизны от мгновенного напряжения гетеродина, примерный вид которой показан на рис. 7-45. Затем определяют значения крутизны на всем размахе напряжения гетеродина от отрицательной до положительной полуволны с интервалом 30°. Таким образом, получается семь значений S. Если используется преобразование на основной частоте гетеродина и промежуточная частота «пр = шрч - - шг, то крутизна преобразования приближенно определяется из выражения

I(S7 - SO-KS,- SJ-

,73 (S,-Ss)] (7-157)

Приближенные значения крутизны преобразования при преобразовании на второй или

1 Е. W. Н е г о 1 d. The operation of frequency converters and mixers for superheterodyne leceivers, Proc. IRE, February 1942.