Для чего нужны нелинейные системы в радиотехнике?

Сначала немного о принципе работы электронной лампы. Рассмотрим лампу-триод.

Ламповый триод представляет собой трехэлектродную электронную лампу, в которой помимо катода и анода имеется третий электрод, называемый управляющей сеткой. Управляющая сетка предназначена для управления анодным током и располагается между анодом и катодом, обычно ближе к катоду.

Условные графические изображения триодов с катодами прямого и косвенного накала, применяемые в принципиальных схемах радиоаппаратуры:

Схема включения лампового триода состоит из трех электрических цепей. При этом цепь накала и анодная цепь аналогичны соответствующим цепям диода. Третьей цепью в триоде является цепь управляющей сетки, в состав которой входят источник питания и междуэлеткродный участок «сетка-катод» лампы.

В приемно-усилительной аппаратуре на анод триодов обычно подается положительное напряжение от нескольких десятков до сотен вольт. В специальных генераторных триодах напряжение на аноде может достигать нескольких киловольт. На управляющую сетку триода подается отрицательное, положительное или переменное напряжение, величина которого, как правило, значительно меньше напряжения, подаваемого на анод.

Теперь вернемся к вопросу об использовании нелинейных схем в радиотехнике и начнем с рассмотрения работы электронной лампы в режиме усиления. В этом случае задача сводится к тому, чтобы увеличить амплитуду подводимого к сетке лампы сигнала, не изменяя формы его кривой. Процесс усиления можно было бы считать идеальным, если бы он не вносил искажений в форму усиливаемого сигнала. Иначе говоря, если к сетке лампы подводится синусоидальное напряжение, то на нагрузке, включенной в анодную цепь, также должно быть синусоидальное напряжение, но с амплитудой, увеличенной по сравнению с той, которая подведена к сетке лампы. Это возможно только в том случае, если характеристика зависимости анодного тока от напряжения на сетке линейна.

Однако, как видно из ламповой характеристики, только небольшую её часть можно считать линейной. Следовательно, для осуществления неискаженного усиления необходимо выбрать такой режим работы лампы, чтобы использовался только линейный участок её характеристики, как это показано на рис 2.1.а.

(а) (б)

Рис.2.1. Усиление при использовании: а – линейного, б – нелинейного участков характеристики лампы.

Что же произойдет, если режим лампы будет выбран неверно и использоваться будет не только прямолинейный участок характеристики, но и её нижний загиб? В этом случае, как видно из рис.2.1.б, положительная полуволна подводимого напряжения будет усиливаться линейно, а отрицательная – нелинейно. Вследствие этого форма кривой тока, протекающего в анодной цепи, будет отлична от синусоидальной формы напряжения, подводимого к сетке усилительной лампы, и усилительный каскад внесет искажения, вызванные нелинейностью ламповой характеристики. Отсюда ясно, что если лампа работает в режиме усиления, то всякая нелинейность её характеристики вредна и приводит к искажению формы кривой усиливаемого напряжения. Если же используется только линейная часть ламповой характеристики, то какова бы ни была форма подводимого к сетке лампы напряжения, форма выходного напряжения будет тождественна форме напряжения на сетке лампы.

Линейная система не может быть использована для осуществления таких процессов, как выпрямление, детектирование, модуляция, преобразование частоты, генерирование. На самом деле любой из перечисленных процессов заключается в том, что форма кривой первоначального синусоидального напряжения существенно изменяется в результате воздействия его на нелинейную систему. На рис 2.2. представлены напряжения до и после выпрямления – а, детектирования – б, модуляции – в и генерирования – г.

Как видно из рис 2.2.а напряжение, подлежащее выпрямлению, имело чисто синусоидальную форму. В результате же воздействия этого напряжения на элементы выпрямления на его выходных зажимах получилось пульсирующее напряжение, форма. которого отлична от формы подведенного напряжения. Из рис.2.2.б видно, что на входные зажимы детектора подается синусоидальное напряжение высокой частоты, модулированное по амплитуде синусоидальным напряжением низкой частоты. На выходных же зажимах детектора получается синусоидальное напряжение одной только низкой частоты. В этом случае, как и в предыдущем, форма кривой выходного напряжения отлична от формы кривой входного напряжения. Это свидетельствует о том, что детектор также является системой нелинейной. На рисунке 2.2.в показано, что на входные зажимы модулятора подаются синусоидальное напряжение высокой частоты с постоянной амплитудой (напряжение несущей частоты) и синусоидальное напряжение низкой частоты (модулирующее напряжение). На выходных зажимах модулятора получается напряжение высокой частоты, амплитуда которого изменяется по закону изменения модулирующего напряжения. Таким образом и в этом случае мы встречаемся с принципиальным изменением формы напряжения выходного сигнала по сравнению с входным, т.е. с процессом нелинейным.

На рис.2.2.г к генератору подводится только постоянное напряжение питания; на выходных же зажимах его получается переменное напряжение высокой частоты. И в этом случае имеет место явно выраженная нелинейная система с нелинейным процессом генерирования.

На основании всего сказанного можно сделать несколько общих выводов:

1. При воздействии синусоидального напряжения на входные зажимы нелинейной системы на выходных зажимах её появляется несинусоидальное напряжение, что сопровождается изменением частотного состава этого колебания.

2. Основные радиотехнические процессы, такие как детектирование, модуляция, генерирование, умножение частоты, преобразование частоты и т.п., есть процессы нелинейные.

3. Для осуществления вышеперечисленных процессов необходимо использовать нелинейные элементы схем, а в случае применения электронных ламп – нелинейные участки их характеристик.

Поиск по сайту: