3.2. Широкополосные усилители
В состав синтезаторов сигналов обычно входят широкополосные линейные усилители, выполненные на основе интегральной технологии. Основные требования к таким узлам следующие:
а) нужное значение малосигнального коэффициента усиления Ку0 (обычно (20…30) дБ);
б) достаточно высокий уровень входной мощности Рвх1дБ, при которой нелинейные явления в усилителе незначительны;
в) малый по сравнению с усиливаемым сигналом собственный шум усилителя, приведённый к его входу Рш вх.
Как правило, в транзисторных усилителях рост амплитуды входного сигнала приводит к снижению коэффициента усиления. Величина Рвх1дБ используется в качестве меры уровня входного сигнала (см. рис. 3.10), при котором амплитудную характеристику усилителя Рвых(Рвх) можно считать линейной, то есть не учитывать появление на его выходе заметных высших гармоник входного сигнала или перекрестных комбинационных компонент при многочастотном входном сигнале. Значение Рвх1дБ определяет такой уровень мощности входного сигнала, при котором усиление уменьшается на 1 дБ по сравнению с малосигнальным значением. В типовых широкополосных интегральных усилителях мощности значение Рвх1дБ составляет (-10…+5) дБмВт.
В усилителях СВЧ диапазона может возникать паразитный эффект преобразования амплитудной модуляции в фазовую (преобразование АМ/ФМ). Такие явления происходят из-за влияния амплитуды усиливаемого сигнала на параметры реактивных компонентов эквивалентной схемы усилителя, например, на емкость коллекторного перехода в транзисторе, на среднюю за период высокочастотного напряжения емкость варикапа и т.д. Если такое преобразование произошло, то устранить искажения информации при дальнейшей обработке сложно. Поэтому устанавливаются жесткие требования на величину ПАМ в узлах схемы синтезатора сигналов.
Для того, чтобы усилитель мощности в составе синтезатора частоты не ухудшил заметным образом шумовые свойства выходного сигнала по сравнению с опорным, необходимо, чтобы он имел достаточно широкий динамический диапазон,
Рис. 3.10. Амплитудные характеристики выходной мощности и коэффициента передачи широкополосного усилителя
то есть величина kд = Рвх1дБ/Рш вх должна составлять не менее (40…60) дБ, а уровень полезного входного сигнала должен быть не менее, чем на (30…40) дБ больше уровня собственного шума усилителя Рш вх.
Кроме транзисторных, в устройствах формирования сигналов применяются другие типы широкополосных усилителей диапазона СВЧ: на лампах бегущей волны (ЛБВ), на пролётных клистронах, на амплитронах и др.
В усилителях на ЛБВ мешающее влияние на характеристики выходного сигнала может оказывать эффект АМ/ФМ преобразования. Для уменьшения влияния таких эффектов при незначительном (менее 10 дБ) изменении уровня входного сигнала выбирают такие значения уровня входного сигнала и параметров режима лампы, чтобы зависимость d(Рвх)/dPвх 0.
В усилителях на пролётных клистронах амплитудная характеристика зависимости выходной мощности от входной Рвых(Рвх) немонотонна. Поэтому, наряду с определением уровня Рвх1дБ необходимо контролировать при гармоническом входном сигнале уровень входной мощности, при которой выходная мощность Рвых максимальна.