Сверхвысокочастотный усилитель

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для усиления широкополосных радиосигналов сверхвысоких частот со сжатием динамического диапазона. Техническим результатом данного изобретения является создание сверхвысокочастотного (СВЧ) логарифмического усилителя, обладающего расширенной в область СВЧ полосой пропускания и уменьшенной температурной зависимостью выходных характеристик. СВЧ-логарифмический усилитель содержит последовательно включенные усилительную ячейку и логарифмирующую ячейку, состоящую из входного и выходного квадратурных мостов, последовательно соединенных диода и конденсатора и последовательно соединенных первого дополнительного конденсатора и первого дополнительного диода, а также последовательно соединенных второго дополнительного диода и второго дополнительного конденсатора, последовательно соединенных третьего дополнительного конденсатора и третьего дополнительного диода, а также второго дополнительного резистора, при этом анод диода, катод первого дополнительного диода и перый вывод резистора объединены и подсоединены к первому выходу входного квадратурного моста, вторая обкладка конденсатора, первая обкладка первого дополнительного конденсатора и второй вывод резистора объединены и подсоединены к первому входу выходного квадратурного моста,катод второго дополнительного диода,анод третьего дополнительного диода и первый вывод дополнительного резистора объединены и подсоединены к второму выходу входного квадратурного моста, вторая обкладка второго дополнительного конденсатора, первая обкладка третьего дополнительного конденсатора и второй вывод дополнительного резистора объединены и подсоединены к второму входу выходного квадратурного моста. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для усиления широкополосных радиосигналов сверхвысоких частот со сжатием динамического диапазона.

Известен усилитель с логарифмической характеристикой выходного сигнала, содержащий последовательно соединенные усилительную ячейку и логарифмирующую ячейку, состоящую из параллельно включенных полупроводникового диода и конденсатора. Логарифмирующая ячейка обеспечивает экспоненциальную зависимость тока через полупроводниковый диод от приложенного напряжения [1].

Недостатками известного усилителя являются узкая полоса пропускания и зависимость выходных характеристик от температуры.

Технической задачей данного изобретения является создание сверхвысокочастотного логарифмического усилителя, обладающего расширенной в область сверхвысоких частот полосой пропускания и уменьшенной температурной зависимостью выходных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что сверхвысокочастотный логарифмический усилитель содержит последовательно включенные усилительную ячейку и логарифмическую ячейку, состоящую из диода, резистора и конденсатора, при этом, согласно изобретению, логарифмирующая ячейка дополнительно содержит входной квадратурный мост, вход которого является входом логарифмирующей ячейки, выходной квадратурный мост, выход которого является выходом логарифмирующей ячейки, последовательно соединенные первый дополнительный конденсатор и первый дополнительный диод, а также последовательно соединенные второй дополнительный диод и второй дополнительный конденсатор, последовательно соединенные третий дополнительный конденсатор и третий дополнительный диод, а также второй дополнительный резистор, при этом диод и конденсатор соединены последовательно, анод диода, катод первого дополнительного диода и первый вывод резистора объединены и подсоединены к первому выходу входного квадратурного моста, вторая обкладка конденсатора, первая обкладка первого дополнительного конденсатора и второй вывод резистора объединены и подсоединены к первому входу выходного квадратурного моста, катод второго дополнительного диода, анод третьего дополнительного диода и первый вывод дополнительного резистора объединены и подсоединены к второму выходу входного квадратурного моста, вторая обкладка второго дополнительного конденсатора и первая обкладка третьего дополнительного конденсатора и второй вывод дополнительного резистора объединены и подсоединены к второму входу выходного квадратурного моста.

Благодаря последовательному, по сигналу, включению диодов в заявляемом устройстве полоса пропускания не зависит от их собственной емкости и при наличии квадратурного моста не влияет на усиление предыдущего каскада. При таком включении диодов изменение их характеристик, в том числе крутизны, приводит лишь к изменению потенциала, накопленного емкостью конденсатора, который для диода является запирающим, что обеспечивает автосмещение диода при изменении температуры и поддержание постоянного коэффициента передачи при постоянном уровне входного сигнала.

Введение в устройство квадратурных мостов и дополнительных диодных ячеек обеспечивает оптимальное согласование усилительной ячейки по выходу вне зависимости от изменения уровня сигнала и температуры благодаря свойствам квадратурного моста и последовательному, по сигналу, включению диодов.

На чертеже приведена структурная электрическая схема сверхвысокочастотного логарифмического усилителя.

Сверхвысокочастотный логарифмический усилитель содержит последовательно включенные усилительную ячейку 1 и логарифмирующую ячейку 2, состоящую из диода 3, резистора 4 и конденсатора 5. Логарифмирующая ячейка 2 содержит также входной квадратурный мост 6, вход которого является входом логарифмирующей ячейки 2, выходной квадратурный мост 7, выход которого является выходом логарифмирующей ячейки 2, последовательно соединенные первый дополнительный конденсатор 8 и первый дополнительный диод 9, а также последовательно соединенные второй дополнительный диод 10 и второй дополнительный конденсатор 11, последовательно соединенные третий дополнительный конденсатор 12 и третий дополнительный диод 13, а также второй резистор 14, при этом диод 3 и конденсатор 5 соединены последовательно, анод диода 3, катод первого дополнительного диода 9 и первый вывод резистора 4 объединены и подсоединены к первому выходу входного квадратурного моста 6, вторая обкладка конденсатора 5, первая обкладка первого дополнительного конденсатора 8 и второй вывод резистора 4 объединены и подсоединены к первому входу выходного квадратурного моста 7, катод второго дополнительного диода 10, анод третьего дополнительного диода 13 и первый вывод дополнительного резистора 14 объединены и подсоединены к второму выходу выходного квадратурного моста 6, вторая обкладка второго дополнительного конденсатора 11 и первая обкладка третьего дополнительного конденсатора 12 и второй вывод дополнительного резистора 14 объединены и подсоединены к второму входу выходного квадратурного моста 7. Смещение на диоды 3, 9 подается соответственно через резисторы 15, 16, а на диоды 10, 13 - через резисторы 17, 18. Сверхвысокочастотный логарифмический усилитель может состоять из нескольких каскадов, включающих усилительные ячейки 1-n и логарифмирующие ячейки 2-n.

Сверхвысокочастотный логарифмический усилитель работает следующим образом.

Усилительная ячейка 1 осуществляет усиление входного сигнала на фиксированную величину. Усиленный сигнал поступает на вход логарифмирующей ячейки 2, а именно на вход входного квадратурного моста 6, который разделяет сигнал на два плеча и осуществляет согласование выхода усилительной ячейки 1 и диодов 3, 9, 10, 13. Резисторы 15, 16, 17, 18 определяют начальный ток соответствующих диодов 3, 9, 10, 13, тем самым задавая уровень мощности сигнала, при котором начинается логарифмирование. Конденсаторы 5, 8, 11, 12 заряжаются полуволной сигнала через незначительное сопротивление соответствующих диодов 3, 9, 10, 13 и разряжаются соответственно через резисторы 15, 16, 17, 18, когда диоды закрыты, на другой полуволне, осуществляя автосмещение диодов, увеличивающее затухание ячейки с увеличением уровня сигнала. Резисторы 4 и 14 обеспечивают максимальный уровень затухания, равный величине усиления усилительной ячейки 1. Выходной квадратурный мост 7 обеспечивает согласование логарифмирующей ячейки 2 с входом усилительной ячейки следующего каскада. Число каскадов определяется заданными коэффициентом усиления и динамическим диапазоном.

Источники информации: 1. Р. С. Хьюз. Логарифмические усилители. М., Энергия, 1976 г., стр. 10 (прототип).

Формула изобретения

Сверхвысокочастотный логарифмический усилитель, содержащий последовательно включенные усилительную ячейку и логарифмирующую ячейку, состоящую из диода, резистора и конденсатора, отличающийся тем, что логарифмирующая ячейка дополнительно содержит входной квадратурный мост, вход которого является входом логарифмирующей ячейки, выходной квадратурный мост, выход которого является выходом логарифмирующей ячейки, последовательно соединенные первый дополнительный конденсатор и первый дополнительный диод, а также последовательно соединенные второй дополнительный диод и второй дополнительный конденсатор, последовательно соединенные третий дополнительный конденсатор и третий дополнительный диод, а также второй дополнительный резистор, при этом диод и конденсатор соединены последовательно, анод диода, катод первого дополнительного диода и первый вывод резистора объединены и подсоединены к первому выходу входного квадратурного моста, вторая обкладка конденсатора, первая обкладка первого дополнительного конденсатора и второй вывод резистора объединены и подсоединены к первому входу выходного квадратурного моста, катод второго дополнительного диода, анод третьего дополнительного диода и первый вывод дополнительного резистора объединены и подсоединены к второму выходу входного квадратурного моста, вторая обкладка второго дополнительного конденсатора, первая обкладка третьего дополнительного конденсатора и второй вывод дополнительного резистора объединены и подсоединены к второму входу выходного квадратурного моста.

РИСУНКИ

Рисунок 1