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参量放大器的基本原理是什么

放大器 无线电通讯 2024/12/10

    现代无线电的通信距离要求在逐渐增加,而影响无线电通讯的因数有很多,例如地理环境、电磁环境、气候环境。这使得接收机收到的信号就极其微弱。为了接收这种微弱的电信号,就必须提高接收机的灵敏度。而想要提高接收机的灵敏度,就必须改良接受设备中的第一级放大器,人们研究出了各种各样的低噪声放大器,而参量放大器就是其中的一种。下面我们就简单地介绍一下参量放大器的基本原理。

    做放大器要用到三极管或多极管。它们的电源供给大都用直流电源。但是参量放大器却是用二极管做成的,它的电源也不是直流的,而是一个高频振荡器。为了说明它的工作原理。首先让我们从电容器的作用谈起。

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    上图是一个平行板电容器。我们不妨假设极板B是固定的,极板A可以上下移动。这个电容器如果充了电,极板A会带有正电荷(+Q),极板B会带有负电荷(-Q)。这时,如果有人要想将极板A向上拉,使它和极板B的距离远一点,那么这个人就必须用力,以克服两个极板上的正负电荷的吸引力。或者说,人要把极板A拉开就必须“做功”。这些功的作用结果,使电容器所储存的能量增加。

    怎么知道电容器储存的能量增加了呢?我们知道,电容器两端的电压(V)和电容器的电容量(C)以及和电容器极板上所充的电荷(Q)存在着下面的关系,即Q=CV或V=QC。当我们把电容器的极板拉开以后,电容量C减小,由于电荷Q不变,所以电容器两端的电压V增大了。这就是说,电容器所储存的能量增加了。但是,如果不给电容器充电,即两个极板上都没有电荷,也就没有电荷的吸引力,因此不论将极板A拉开或推近,都不必做功。这时电容器既不损失能量,也不获得能量。利用这种能量转换的关系就可以做成放大器。

    在实际的参量放大电路中,如图1所示,只允许存在泵源频率fP、信号频率fs、和频或差频频率fP±fs的功率。对其它各组合频率一律加以抑制,使其功率皆为零。图1中VD为变容二极管;Us为信号源,Rs为其电阻,Bs为信号频率fs的带通滤波器;UP为泵浦电源,Rp为其内阻,Bp为泵源频率fP的带通滤波器;Bi为和频或差频的带通滤波器,Ri为负载。在这种情况下门雷一罗威公式可简化为:

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    其中P0,1为信号功率Ps;P1,+1为和频fP+fs的功率;P1,-1为差频fp-fs的功率。若图1中,Bi为和频滤波器,则式(1)和式(2)中的“±”都取“+”。此时图所示的为上变频参量放大器,由于其信号频谱没有反转,故又称非反转型参量放大器。其输入频率为fs,输出频率为fS+fp,输出负载为和频滤波支路的Ri。由式(1)可见,信号功率Ps为正值,放大倍数等于和频fP+fs与信号频率fs功率之比。此放大器,工作稳定,增益较高,多用于上变频器。若图1中Bi为差频滤波器,则式(1)和式(2)中的“±”都取“-”,此时亦为上变频参量放大器,但其信号频谱反转了,故又称反转型上变频参量放大器。

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