3.4. Оптические квантовые генераторы
Лазеры (аббревиатура английской фразы) – используются в волоконно-оптических линиях связи, системах локации, лазерной медицины, лазерной обработки материалов, лазерного оружия, оптической полиграфии. Главный элемент лазера – активная среда (активное вещество). Упрощенный принцип действия состоит в следующем. При воздействии на атомы внешнего излучения или электрического разряда, часть электронов может перейти на более удаленные электронные орбиты. Такая среда играет роль усилителя в схемах автогенераторов. Под действием стимулирующего (внешнего) излучения в результате перехода в атомах возбужденных электронов на уровни невозбужденных происходит индуцированное (вынужденное или стимулированное) излучение. Оно точно совпадает по частоте, фазе, поляризации и направлению с вызвавшими их колебаниями.
В последнее время в науке и технике используют твердотельные, полупроводниковые, газовые и другие типы лазеров.
3.5. Генераторы шумовых сигналов
Они широко применяются в радиоэлектронике и вырабатывают флуктуационные напряжения с определенными (заданными) вероятностными характеристиками. Основным узлом схемы шумового генератора является задающий генератор, сигналы которого должны иметь равномерную спектральную плотность мощности во всей требуемой полосе частот (теоретически это белый шум). В задающем генераторе используются физические явления, при которых возникают достаточно интенсивные шумы со статическими характеристиками и параметрами. В шумовых генераторах применяют фотоэлектронные умножители, газоразрядные трубки, шумовые диоды и т.п. В качестве образцового источника шума может служить нагретый проволочный резистор. В качестве преобразователей спектра в шумовых генераторах применяются усилители, фильтры, ограничители, генераторы перестраиваемой частоты – в зависимости от того какое преобразование шума требуется. Основным элементом выходного устройства служит калиброванный аттенюатор. Низкочастотные шумовые генераторы действуют в диапазоне от 20 Гц до 10 МГц при мощности до 5 Вт. Шумовые СВЧ-генераторы имеют высшую частоту до 37 ГГц.
4. Преобразование частоты сигналов
Преобразование частоты – это линейный перенос (смещение, трансформация, гетеродинирование или транспортирование) спектра модулированного сигнала из области несущей частоты в другую область частот (с одной несущей частоты на другую) без изменения вида или характера модуляции.
Гетеродинирование − это процесс нелинейного или параметрического смешивания двух сигналов различных частот для получения колебаний третьей частоты (обычно промежуточной).
Параметрическими (линейными цепями с переменными параметрами) называются радиотехнические цепи, один или несколько параметров которых изменяются во времени по заданному закону. Часто изменение какого-либо параметра осуществляется электронным методом с помощью управляющего сигнала. В радиотехнике широко применяют параметрические сопротивления R(t) – обычно это канал МДП-транзистора, параметрические индуктивности L(t) – обычно за счет изменения магнитной проницаемости, и параметрические емкости С(t) – обычно это варикап, в СВЧ-технике варактор.
Принцип действия преобразователя частоты рассмотрим на примере переноса спектра однотонального АМ-сигнала. Пусть под действием гетеродинного напряжения uг(t) = UГcosωГ t крутизна характеристики МДП-транзистора преобразователя частоты изменяется во времени приближенно по закону
S(t) = S0 + S1 cosωГt
где S0 и S1 – соответственно среднее значение и первая гармоническая составляющая крутизны характеристики.
При поступлении на МДП-Транзистор смесителя АМ-сигнала
uАМ(t) = Uн(1 + МcosΩt)cosω0t переменная составляющая выходного тока будет определяться выражением
ic (t) = S(t) uАМ(t)=
=UH(1 + McosΩt)[S0 cosω0t + 0,5 S1 cos(ωГ – ω0)t + 0,5 S1 cos(ωГ + ω0)t].
Пусть в качестве промежуточной частоты параметрического преобразователя выбрана частота ωПЧ = |ωГ – ω0|.
Тогда, выделив ее с помощью контура УПЧ из спектра тока, получим преобразованный АМ-сигнал с тем же законом модуляции, но существенно меньшей несущей частотой
ic (t) = 0,5 S1 UH(1 + McosΩt).
Соответствующие временн'ые и спектральные диаграммы сигналов с амплитудной модуляцией на входе и выходе преобразователя частоты показаны на рис. 4.2.