現代無線電的通信距離要求在逐漸增加,而影響無線電通訊的因數有很多,例如地理環境、電磁環境、氣候環境。這使得接收機收到的信號就極其微弱。為了接收這種微弱的電信號,就必須提高接收機的靈敏度。而想要提高接收機的靈敏度,就必須改良接受設備中的第一級放大器,人們研究出了各種各樣的低噪聲放大器,而參量放大器就是其中的一種。下面我們就簡單地介紹一下參量放大器的基本原理。
做放大器要用到三極管或多極管。它們的電源供給大都用直流電源。但是參量放大器卻是用二極管做成的,它的電源也不是直流的,而是一個高頻振蕩器。為了說明它的工作原理。首先讓我們從電容器的作用談起。
上圖是一個平行板電容器。我們不妨假設極板B是固定的,極板A可以上下移動。這個電容器如果充了電,極板A會帶有正電荷(+Q),極板B會帶有負電荷(-Q)。這時,如果有人要想將極板A向上拉,使它和極板B的距離遠一點,那么這個人就必須用力,以克服兩個極板上的正負電荷的吸引力。或者說,人要把極板A拉開就必須“做功”。這些功的作用結果,使電容器所儲存的能量增加。
怎么知道電容器儲存的能量增加了呢?我們知道,電容器兩端的電壓(V)和電容器的電容量(C)以及和電容器極板上所充的電荷(Q)存在著下面的關系,即Q=CV或V=QC。當我們把電容器的極板拉開以后,電容量C減小,由于電荷Q不變,所以電容器兩端的電壓V增大了。這就是說,電容器所儲存的能量增加了。但是,如果不給電容器充電,即兩個極板上都沒有電荷,也就沒有電荷的吸引力,因此不論將極板A拉開或推近,都不必做功。這時電容器既不損失能量,也不獲得能量。利用這種能量轉換的關系就可以做成放大器。
在實際的參量放大電路中,如圖1所示,只允許存在泵源頻率fP、信號頻率fs、和頻或差頻頻率fP±fs的功率。對其它各組合頻率一律加以抑制,使其功率皆為零。圖1中VD為變容二極管;Us為信號源,Rs為其電阻,Bs為信號頻率fs的帶通濾波器;UP為泵浦電源,Rp為其內阻,Bp為泵源頻率fP的帶通濾波器;Bi為和頻或差頻的帶通濾波器,Ri為負載。在這種情況下門雷一羅威公式可簡化為:
其中P0,1為信號功率Ps;P1,+1為和頻fP+fs的功率;P1,-1為差頻fp-fs的功率。若圖1中,Bi為和頻濾波器,則式(1)和式(2)中的“±”都取“+”。此時圖所示的為上變頻參量放大器,由于其信號頻譜沒有反轉,故又稱非反轉型參量放大器。其輸入頻率為fs,輸出頻率為fS+fp,輸出負載為和頻濾波支路的Ri。由式(1)可見,信號功率Ps為正值,放大倍數等于和頻fP+fs與信號頻率fs功率之比。此放大器,工作穩定,增益較高,多用于上變頻器。若圖1中Bi為差頻濾波器,則式(1)和式(2)中的“±”都取“-”,此時亦為上變頻參量放大器,但其信號頻譜反轉了,故又稱反轉型上變頻參量放大器。
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