|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний | Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний (далее П) метод возбуждения и усиления электромагнитных колебаний, в котором усиление мощности происходит за счет энергии, затрачиваемой на периодическое изменение величины реактивного параметра (индуктивности L или емкости С) колебательной системы. На возможность использования параметрических явлений для усиления и генерации электрических колебаний впервые указали Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси, однако практическое применение параметрический метод нашел лишь в 50-е гг. 20 в., когда были созданы параметрические полупроводниковые диоды с управляемой емкостью и разработаны малошумящие параметрические усилители СВЧ.
Рассмотрим принцип параметрического усиления и генерации на примере простейшей системы — колебательного контура, состоящего из постоянных сопротивления R, индуктивности L и емкости С, которая периодически изменяется во времени (рис. 1). При резонансе ( , где wс — частота усиливаемого сигнала, w0 — собственная частота контура) заряд q на обкладках конденсатора изменяется по закону:
q = q0sinwct = CQE0sinwct. (1)
Здесь E0 — амплитуда сигнала,  — добротность контура. Электростатическая энергия , запасаемая в конденсаторе, равна:
= (q2/2) = (q20/4) (1-cos 2wct). (2)
Из (2) видно, что изменяется с частотой, равной удвоенной частоте сигнала. Если в момент, когда q = q0, емкость конденсатора С скачком изменить на DС (например, раздвинуть пластины конденсатора), то заряд q не успеет измениться, а энергия изменится на величину (если DС/С << 1):
D = -D/. (3)
Отсюда следует, что результирующее увеличение энергии в контуре при периодическом изменении С максимально, если уменьшать емкость в моменты, когда q максимально, а возвращать величину емкости к исходному значению при q = 0. Это означает, что если изменять С с частотой wн = 2wс и с определенной фазой (рис. 2), то устройство, изменяющее С, как бы "накачивает энергию" в контур дважды за период колебаний. Если, наоборот, увеличивать С в моменты минимальных значений q, то колебания в контуре будут ослабляться. В более общем виде условие эффективной накачки имеет вид: wн= 2wс/n, где n = 1, 2, 3,... и т.д. При n = 1 С изменяется каждые четверть периода сигнала (Тс/4), при больших n—через время, равное nTc/2.
Простейший одноконтурный параметрический усилитель обычно представляет собой колебательную систему, где емкость С изменяется в результате воздействия гармонического напряжения от генератора накачки на полупроводниковый параметрический диод, емкость которого зависит от величины приложенного к нему напряжения. Конструктивно параметрический усилитель СВЧ представляет собой "волноводный крест" (рис. 3); по одному из волноводов (см. Радиоволновод) распространяется. усиливаемый сигнал, по другому — сигнал накачки. В пересечении волноводов помещается параметрический диод. Коэффициент усиления по мощности приближенно равен:
 , (4)
где m = (Смакс — Смин)/(Смакс + Смин) называется глубиной изменения емкости. При (m/2) Q ® 1 коэффициент усиления неограниченно растет, при (m/2) Q ³ 1 система превращается в параметрический генератор (см. Параметрическое возбуждение колебаний). Основной недостаток одноконтурного параметрического усилителя — зависимость Кус от соотношения между фазами усиливаемого сигнала и сигнала накачки.
Этого недостатка нет у параметрических усилителей, содержащих два контура и больше (рис. 4). В двухконтурном параметрическом усилителе частота и фаза колебаний во втором ("холостом") контуре автоматически устанавливаются так, чтобы удовлетворить условиям эффективной накачки энергии. Если холостой контур настроен на частоту (w2 = wн — wс, то энергия накачки расходуется на усиление колебаний в обоих контурах. В этом случае ~  и при  усилитель превращается в генератор. Такой усилитель называется регенеративным. Если усиленный сигнал снимается со второго контура регенеративного усилителя, то усилитель является также и преобразователем частоты. При w2 = wн + wс вся энергия накачки и энергия, накопленная в сигнальном контуре, переходят в энергию колебаний суммарной частоты wн + wс. Такой параметрический усилитель называется нерегенеративным усилителем-преобразователем. Он устойчив при любом m и имеет широкую полосу пропускания, но обладает малым Кус.
Кроме периодического изменения емкости с помощью параметрических диодов, применяются и др. виды параметрического воздействия. Периодическое изменение индуктивности L осуществляют, используя изменение эквивалентной индуктивности у ферритов и сверхпроводников. Периодическое изменение емкости С получают, используя зависимость диэлектрической проницаемости диэлектриков от электрического поля, структуры металл — окисел — полупроводник (поверхностные варакторы) и др. методами (см. Криоэлектроника). В электроннолучевых параметрических усилителях используются нелинейные свойства электронного луча, модулированного по плотности.
Наряду с резонаторными параметрическими усилителями применяются параметрические усилители бегущей волны. Электромагнитная волна сигнала, распространяясь по волноводу, последовательно взаимодействует с каждым из расположенных на пути параметрических диодов (или др. нелинейных элементов).
Емкость диодов изменяется за счет подводимой к резонаторам энергии накачки. При правильно подобранных частотах, длинах волн и направлении распространения волн накачки и сигнала усиление сигнала экспоненциально нарастает по мере его распространения вдоль цепочки диодов (рис. 5). В параметрических усилителях бегущей волны можно получить полосу частот, достигающую 25% несущей частоты (у резонаторных — несколько %).
Лит.: Мандельштам Л. И., Полн. собр. трудов, т. 2, М.— Л,, 1947; Эткин В. С., Гершензон Е. М., Параметрические системы СВЧ на полупроводниковых диодах, М., 1964; Регенеративные полупроводниковые параметрические усилители (некоторые вопросы теории и расчета), М., 1965; Каплан А. Е., Кравцов Ю. А., Рылов В. А., Параметрические генераторы и делители частоты, М., 1966; Лопухин В. М., Рошаль А. С., Электроннолучевые параметрические усилители, М., 1968.
В. И. Зубков.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
