Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
Глава 11
‘ АМПЛИТУДА СИГНАЛА. СОЧЕТАНИЕ ПРИЕМНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ С УСИЛИТЕЛЕМ
§ 1. ТЕРМИНОЛОГИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.
РАСЧЕТ АМПЛИТУДЫ СИГНАЛА НА ВЫХОДЕ УСИЛИТЕЛЯ (ОБЩИЙ СЛУЧАЙ)
Практически любой периодический и непериодический сигнал можно представить в виде суммы гармонических колебаний. Поэтому дальнейшее рассмотрение процесса прохождения сигнала по электронной части тракта оптико-электронного прибора начнем именно с гармонического сигнала.
В электротехнике принято представлять гармоническое колебание в виде
а (/) = A cos (со/ — я|?) = A Re [d W j = Re \Adw1\,
или
a (t) — A sin (to/ — яр) — A I m [е/{Ш1 4ll) J — I m | Ле/(0/],
где Re — от французского Reel (действительный); Im — от французского Imaginaire (мнимый); А — Ае~№ — комплексная амплитуда; А — амплитуда колебания; со - 2nf — круговая частота; / — частота, Гц; — начальная фаза колебания.
Часто символы Re и Im опускают и пишут просто
а (I) = Ле' = A&'at.
При анализе электронных цепей реальные схемы обычно представляют в виде двухполюсников и четырехполюсников, имеющих одну или две пары зажимов.
Любые линейные как активные (содержащие источники энергии), так и пассивные двухполюсники и четырехполюсники могут быть представлены схемами замещения, изображенными на рис. 233. На этих схемах Еи ?2, Л* ^2 обозначают комплексные амплитуды синусоидальных напряжений и токов (либо других физических величии) при фиксированной частоте со. Особенно часто приходится иметь дело с четырехполюсниками, возбуждаемыми только со стороны входа. В этом случае под выходным напряжением обычно подразумевается падение напряжения на элементе схемы (нагрузочном сопротивлении), с которого снимается напряжение. Нагрузочное сопротивление иногда включается в четырехполюсник, и тогда он может рассматриваться как разомкнутый, у которого ток на выходе равен нулю.
298
При анализе двухполюсников основное значение имеет иХ входное (выходное) сопротивление
к = ej'iv.
При анализе четырехполюсников основное значение имеет отношение выходной величины к входной. Если имеется в виду отношение величин, выраженных в одних единицах, например комплексной амплитуды Е2 к комплексной амплитуде Elt то соответствующую без размер 11 у ю
функцию
К = EjEi
называют коэффициентом передачи, а для разомкнутого четырехполюсника и рассмотренною примера — коэффициентом усиления напряжения. Если же имеется в виду отношение величии, выраженных в различных единицах, например комплексной амплитуды /2 к комплексной амплитуде ?lf то соответствующую фу и кцию
& — 'ljeu
выраженную, в частности, в амперах на вольт, называют крутизной преобразования.
В обоих случаях эти функции удобно представлять в виде их относительных значений:
k = KiKtпах = <ВДШХ,
причем k — всегда безразмерная и в общем случае комплексная величина — называется относительной передаточной функцией (относительным коэффициентом передачи или относительной крутизной преобразован ия).
Коэффициент передачи, крутизна и относительная передаточная функция в общем случае зависят от частоты <о. Как комплексные величины они могут быть представлены в форме:
К — S = Ser-iv, k == /ее—
Модуль соответствующей комплексной величины (К =|/(|, S = | S |, k = | k I), представленный как функция частоты, называют амплитудно-частотной или просто амплитудной характеристикой четырехполюсника, а аргумент ср — фазочастотной или фазовой характеристикой.
Рис. 233. Схемы замещения двухполюсников и четырехполюсников: а — двухполюсник; б — четырехполюсник
299
Электронный тракт оптико-электронного прибора состоит из двух основных элементов (рис. 234).
1. Фотоприемное устройство (ФПУ) — четырехполюсник, иа входе которого действует комплексная амплитуда синусоидально-модулированного потока излучения Ф, определяемая следующим образом.
Если изменение во времени модулированного потока излучения представить в виде
Ф (0 = Ф h Ф cos (со/ — a]-j) = Ф -\- Rc Фе'ю/,
Фотоприемное устройство ФПУ
Рис. 234. Электронный тракт оптико-электронного прибора
то комплексная амплитуда
ф = фе-/Ф.
Соответственно на выходе ФПУ действует комплексная амплитуда напряжения
и — ие~ /е.
Крутизна преобразования ФПУ
*^фпу — м/Ф — («/CD) е ^ = S(?,1Iye i(f), где амплитудная характеристика
5фпу = I *5Фпу | — и/ Ф,
а фазовая
Ф = 0 — г];.
2. Усилитель — четырехполюсник, обеспечивающий усиление напряжения и до значения ис с коэффициентом передачи (усиления)
КуС = uju = /Cyce-/v
где КуС — амплитудная характеристика; у — фазовая характеристика.
Усилитель, как правило, выполняется состоящим из двух частей: предварительного усилителя (предусилителя) и основного (главного) усилителя. Предусилитель монтируется в непосредственной близости от приемника излучения, а основной усилитель размещается рядом с регистрирующим устройством. Та-
300
кое разделение обусловлено тем, что часто оказывается неудобным размещать весь усилитель в одной конструкции с приемником излучения. Передавать же по соединительному кабелю сигнал, вырабатываемый фотоприемным устройством, не всегда возможно, так как помехи, наведенные на кабель внешними электрическими и магнитными полями, могут оказаться соизмеримыми с полезным сигналом. Кроме того, выходное сопротивление фото-яриемного устройства может иметь большую величину, а собственная емкость соединительного кабеля обычно велика (до нескольких сотен пикофарад). Это затрудняет непосредственное согласование фотоириемного устройства с усилителем, находя-
