максимально плоской характеристики необходимо выбирать, исходя из следующего соотношения;

А = 1

(5.33)

где Q - добротность нагруженного контура с активным веществом.

В этом случае выигрыш в расширении полосы пропускания усилителя при п контурах по сравнению с одноконтурным усилителем с добротностью Q примерно составляет

Вх (1-а )

/1- о

(5.34)

Рассмотрим усилители с резонаторами, работающие на проход , в каждом из которых находится активный элемент, например туннельный Диод.

В этом случае из-за отсутствия пассивных резонаторов перед активным элементом избирательность усилителя сказывается на селективность последующих каскадов. Для защиты активного элемента такого усилителя от воздействия гюмех требуется отдельный фильтр, что снижает практическое значение таких устройств, которые к тому же достаточно сложны по конструкции и неудобны при настройке. Однако усилителям с несколькими регенерированными резонаторами присущи некоторые особенности, представляющие интерес. Ясно, что для получения такого же усиления, как и в схеме с одним активным элементом, величина коэффициента регенерации может быть значительно уменьшена. При этом на величину усиления влияет соотношение между коэффициентами регенерации отдельных контуров, наличие связи между которыми приводит как бы к появлению эквивалентного коэффициента регенерации всей схемы.

Как показал Штейншлейгер В. Б., при одинаковых коэффициентах регенерации каждого контура целесообразно включать между контурами невзаимные элементы, что приведет к каскадному включению одинаковых уси-

лителей, работающих на проход . Усилитель с несколькими регенерированными контурами иногда удобно представлять в виде устройства бегущей волны. Если же наложить ограничения на форму амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания при сохранении устойчивости к самовозбуждению, то можно показать, что для этого необходимо соблюдать не только соотношения между коэффициентами регенерации каждого резонатора, но и между их добротностями.

Применяя к усилителям на туннельных диодах (ТД) полученные в данном разделе выражения для многорезонаторных усилителей с частотно-независимым отрицательным сопротивлением, необходимо учитывать ряд принципиальиых особенностей схем наТД. Эти особенности обусловлены, во-первых, наличием паразитных параметров диода (L, С, Rs), приводящих к резкой зависимости проводимости самого диода от частоты, и, во-вторых, наличием в большинстве туннельных усилителей так называемой цепи стабилизации, состоящей из поглощающей нагрузки и колебательной системы. Резонансные свойства этой колебательной системы и приводят к тому, что на частотах вне полосы пропускания цепь стабилизации нейтрализует отрицательную проводимость диода, обеспечивая подключение к нему нагрузки с нормированной проводимостью

Ъс = ёЛ. (5.35)

Вследствие частотной зависимости в.ходной проводимости цепи стабилизации коэффициент регенерации туннельного усилителя а становится зависимым от частоты в соответствии с обобщенным выражением (5.1). Действительно, как показано Федоровым, в ТУ активная составляющая а равна

а = (5.36)

где ga - активная составляющая нормированной в.ходной проводимости цепи стабилизации. Для цепи стабилизации с одним параллельным контуром, имеющим добротность Qic, при параллельном включении диода

а = --г=-- (5.37)

1 +QcS

При больших значениях

~<ао, т. к. gc>\.

(5.38)

Обычно лучшими с точки зрения устойчивости считают диоды, у которых частота собственного резонанса

()0>£Опр,

(5.39)

где (Опр выражается формулой (3.33).

При этом полагают, что для усилителей с такими диодами цепь стабилизации не нужна, т. е.

fc=0 и а = сСо-

(5.40)

В действительности же у большинства диодов этой группы зависимость активной входной проводимости - G от (О не монотонна, а имеет всплеск на частоте, которая ниже сопр и может быть определена из уравнения

dG (<о)

= 0.

(5.41)

Поэтому цепь стабилизации необходима. Значительная часть высокочастотных диодов имеет частоту £i)o<o)np- С точки зрения стабилизации это вызывает дополнительные трудности, так как в области возникновения собственного резонанса величина -G резко возрастает (на 2-3 порядка по сравнению с -G-при £о = 0). В этом случае, хотя величина gc может быть сохранена, требуется разрабатывать цепь стабилизации иного типа (например, вместо параллельного контура - последовательный при последовательной схеме усилителя).

Можно показать, что в случае помещения активного элемента в средний резонатор (нри нечетном числе резонаторов схемы) такое устройство также будет обладать максимально-плоской характеристикой, если значение добротности каждого из нагруженных резонаторов определить по соответствующему закону. Покажем это на

примере трехконтурного усилителя при помещении активного элемента во второй контур. Так как при этом

Г, -1+im f;=- 2а+/S2Q Гз 1+/йрз,

то, подставив эти значения в выражения для К и А21, получим

где = 2a Q,Q3-Q,(Q,-f Qs);

= (Qi + Q3)(l-2a ) + Q,;

Положив, как обычно, коэффициенты при и равными нулю, получим выражения для определения добротностей нагруженных контуров этой схемы: 4(1-ао)/1+Б2 = 0, Л2-2БС = 0.

Отметим, что многорезонаторные усилители с максимально-плоской характеристикой, несмотря на критичность их параметров к изменению импеданса входной линии, обладают устойчивостью вследствие отсутствия полюсов в передаточной функции /С() при рабочих значениях Оо.

2. МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЕ КВАНТОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Рассмотрим многорезонаторные квантовые усилители с учетом комплексного характера коэффициента регенерации и на примере отражательных схем, применяемых более ншроко по сравнению со схемами, работаюгцими на проход .

Для получения выражения, описывающего зависимость а от частоты с учетом реальной линии поглощения, запишем формулу, определяющую добротность нагруженного активного резонатора:

где изап - энергия, запасенная в резонаторе. Ввиду того что мощность потерь

и энергия

а вероятность перехода на частоте сигнала

имеем

Р пот -

И 4г () -S0 (v)

где я - число активных ионов;

Н - напряженность приложенного поля. Тогда

Qrn =

(5.42)

где g (v) =

l+47r(v v)T2

- время спин-спиновой релаксации.

Так как (v )=2t2, то 2x3 = отсюда

2 jtAv г Av

47r4H g(v)

Таким образом,

+ 47. (v -v)= Qm=-

,.4(vo-v)=

4я2 j.p g(v)

1 -f-4

(vov)

, (5.43)

где Дvл = 2Дv-полная ширина линии ЭПР.

- 254 -

Подставив полученные выражения в формулу для а, имеем

1 -f 4

Принимая BO внимание работу Вейлстеке [7], получаем

о о

(i-yW,

(5.44)

5 2().

Рассмотрим квантовые усилители, работающие иа отражение с некоторыми нагруженными резонаторами, добротности которых определяют полосу пропускания и форму характеристики всего усилителя.

Исследуем наиболее интересный случай, когда активное вещество установлено в последнем п-ы резонаторе.

Ввиду того что УофУ, перед входом усилителя образуется стоячая волна, напряжение которой равно

Ио = Уотр + Мпад-

Вводя коэффициент отражения

-отр

получим коэффициент усиления по мощности

I --

Так как на выходе сложного четырехполюсника ток /, = 0, то

и FB. = -i=

/1 Л.

где Ли и Л21-элементы матрицы общего типа четырехполюсника, образующего многорезонаторную схему.