Amplificateurs d'amplification paramétrique de signaux électriques. Amplificateur paramétrique à double circuit

Amplificateur paramétrique

un appareil électronique dans lequel le signal de puissance est amplifié au détriment de l'énergie source externe(le soi-disant générateur de pompe), changeant périodiquement la capacité ou l'inductance d'un élément réactif non linéaire circuit électrique amplificateur. P. à. utilisé principalement dans la radioastronomie (voir Radioastronomie), les communications spatiales et par satellite à longue portée et le radar (voir Radar) comme amplificateur à faible bruit signaux faibles, arrivant à l'entrée du dispositif de réception radio, principalement dans le domaine des micro-ondes. Le plus souvent chez P. at. Une diode semi-conductrice paramétrique (PPD) est utilisée comme élément réactif. De plus, dans la gamme des micro-ondes, P.U. est utilisé. Fonctionnant sur des lampes à faisceau d'électrons, et dans la région des basses fréquences (sonores), P. à. avec un élément ferromagnétique (ferrite).

Les plus répandus sont les P.U. à deux fréquences (ou à double circuit): dans la gamme centimétrique - "amplificateurs réflecteurs régénératifs avec préservation de la fréquence" ( riz. , a), aux ondes décimétriques - amplificateurs - convertisseurs de fréquence ( riz. , b) (voir Excitation paramétrique et amplification des oscillations électriques). En tant que circuit oscillant de réception et circuit oscillant accordé sur une fréquence auxiliaire, ou "au repos" (qui est le plus souvent égale à la différence ou à la somme des fréquences du signal et du générateur de pompe), dans le P. at. les résonateurs à cavité sont généralement utilisés (voir résonateur à cavité) , à l'intérieur duquel se trouve le PPD. La diode semi-conductrice à transit par avalanche, la diode Gunn et le varactor sont utilisés dans les générateurs de pompe.

ny Multiplicateur de fréquence et Klystron moins souvent réfléchissant. La fréquence de pompage et la fréquence "au repos" sont choisies dans la plupart des cas proches de la fréquence critique F kp PPD (c'est-à-dire à la fréquence à laquelle le PA cesse de s'amplifier); dans ce cas, la fréquence du signal doit être beaucoup plus faible F kp. Pour obtenir les températures de bruit minimales (voir Température de bruit) (10-20 K ou moins), un PC est utilisé, refroidi à des températures d'azote liquide (77 K), d'hélium liquide (4,2 K) ou à des températures intermédiaires (généralement 15-20 À); à P. non refroidi à. température de bruit 50-100 K et plus. Le gain et la bande passante maximum réalisables du P. at. sont principalement déterminés par les paramètres de l'élément réactif. P. à. avec des facteurs d'amplification de puissance du signal reçu égaux à 10-30 base de données, et des largeurs de bande de 10 à 20 % de la fréquence porteuse (voir Fréquence porteuse) du signal.

Lit. : Etkin VS, Gershenzon EM, Systèmes micro-ondes paramétriques sur diodes semi-conductrices, M .. 1964; Lopukhin VM, Roshal AS, Amplificateurs paramétriques à faisceau d'électrons, M., 1968; Micro-ondes - dispositifs semi-conducteurs et leur application, trans. de l'anglais., M., 1972; Kopylova K.F., Terpugov N.V., Amplificateurs capacitifs paramétriques basses fréquences, M., 1973; Penfield P., Rafuse R., Applications Varactor, Camb. (Mass.), 1962.

V.S. Etkin.

Circuits équivalents d'amplificateurs paramétriques : a - régénératifs ; b - "avec conversion à la hausse" ; u in - signal d'entrée avec une fréquence porteuse f c, u n - tension de "pompage"; u out1 - signal de sortie avec fréquence porteuse f c; u out2 - signal de sortie avec fréquence porteuse (f c + f n); Tp 1 - transformateur d'entrée; Tr 2 - transformateur de sortie; Tr 2 - transformateur dans le circuit "pompe"; D - paramétrique diode semi-conductrice; L - bobine d'inductance du circuit oscillant accordée à la fréquence (f c + f n); F s, F sn, F n - filtres électriques ayant une faible impédance, respectivement, aux fréquences f c, (f c + f n), f n et suffisamment grandes à toutes les autres fréquences.

Gros Encyclopédie soviétique... - M. : Encyclopédie soviétique. 1969-1978 .

Voyez ce qu'est « amplificateur paramétrique » dans d'autres dictionnaires :

Un appareil électronique, dans lequel le signal est amplifié en termes de puissance en raison de l'énergie externe. source (appelée générateur de pompe), modifiant périodiquement la capacité ou l'inductance d'un élément réactif non linéaire circuits amplificateurs... Encyclopédie physique

Grand dictionnaire encyclopédique

amplificateur paramétrique- - Thèmes télécommunications, notions de base EN amplificateur paramétrique...

Un amplificateur d'oscillations électriques, dans lequel l'élément principal (amplificateur) est le plus souvent une varicap. Comparé à amplificateurs conventionnels a un niveau de bruit intrinsèque nettement inférieur. Utilisé pour amplifier les signaux faibles... ... Dictionnaire encyclopédique

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amplificateur paramétrique- parametrinis stiprintuvas statusas T sritis fizika atitikmenys : angl. amplificateur paramétrique vok. parametrischer Verstärker, m rus. amplificateur paramétrique, m pran. amplificateur paramétrique, m ... Fizikos termin žodynas

Amplificateur électr. signaux, de plus, la puissance du signal augmente en raison de l'énergie de la source, qui modifie périodiquement la valeur du paramètre réactif du système (généralement la capacité). P. à. diffère par un très petit niveau d'int. bruit. Utilisé dans ... ... Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique

amplificateur de lumière paramétrique- parametrinis šviesos stiprintuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys : angl. amplificateur paramétrique léger vok. Lichtparameterverstärker, m rus. amplificateur de lumière paramétrique, m pran. amplificateur paramétrique de lumière, m ... Radioelektronikos termin žodynas

amplificateur paramétrique à faisceau d'électrons- EPU Dispositif hyperfréquence basé sur une onde cyclotron rapide, dans lequel l'énergie cinétique transversale du faisceau d'électrons est amplifiée dans un résonateur pompe situé entre les dispositifs de communication d'entrée et de sortie. [GOST 23769 79] Sujets - appareils ... ... Guide du traducteur technique

Amplificateur paramétrique à faisceau d'électrons- 61. Amplificateur paramétrique à faisceau d'électrons Dispositif hyperfréquence basé sur une onde cyclotron rapide, dans lequel l'énergie cinétique transversale du faisceau d'électrons est amplifiée dans un résonateur de pompe, ... ... Dictionnaire-ouvrage de référence des termes de la documentation normative et technique

Considérons un condensateur variable

,

variant sous l'action de la tension de la pompe u n(t) = U n cos ( w n t). Laissez une tension alternative être appliquée à ce condensateur u C(t) = U 1 cos ( w 1 t + j), alors le courant capacitif sera

Ainsi, le spectre actuel contient des composantes avec des fréquences w 1 , w n + w 1 et w n - w 1 . Ces fréquences peuvent être distinguées en utilisant des contours Q suffisamment élevés accordés aux fréquences w 1 et w 2 = w n ± w 1 et reliés par une capacité non linéaire commune (Fig. 65).

Impédance les pertes dans le premier circuit seront R 1 = R" 1 ||R je(où R je- résistance interne de la source du signal). Que ce circuit soit réglé sur une fréquence proche de la fréquence du signal amplifié, c'est-à-dire m 1 " w 1 . En conséquence, le deuxième circuit L 2 C 2 R 2 accordé à la fréquence w 2 = w n ± w 1 (m 2 " w 2). Considérons le cas où les fréquences partielles m 1 et m Les 2 contours sont éloignés l'un de l'autre de sorte que la connectique est petite. Dans ce cas, les fréquences normales sont proches des partielles (le décalage entre les fréquences partielles et les fréquences normales correspondantes est faible et on peut supposer qu'il se situe dans la bande passante des circuits, c'est-à-dire que chaque circuit résonne à sa propre fréquence) . Ainsi, le circuit augmentera fortement sa fréquence et affaiblira le reste.

Avec un facteur Q des circuits suffisamment élevé, les résistances de chaque circuit pour des fréquences éloignées de sa fréquence partielle sont pratiquement nulles. Ainsi, le circuit n'est une charge active que dans une petite plage de fréquences proche de sa fréquence partielle. Dans le schéma que nous considérons dans le circuit principal, la puissance active ne peut être libérée qu'à une fréquence w 1, et dans un autre - à l'une des fréquences w 2 = w n ± w 1 . Ainsi, puisque nous ne pouvons suivre qu'une seule fréquence dans chaque circuit, alors pour ces fréquences, nous écrivons les équations d'équilibre harmonique

(7.20)

Prenons une varicap comme une capacité non linéaire. Ensuite, comme vous le savez,

.

Dans la mesure où u C = vous 1 + u n - vous 2, alors, dans le cadre de l'équilibre harmonique, il faut mettre u n = Un cos ( w n t), vous 1 = UNE 1 cos ( w 1 t + oui 1), vous 2 = UNE 2 cos ( w 2 t + oui 2) (phase oui 1 et oui 2 sont mesurés à partir de la tension de la pompe). En substituant ces expressions dans l'expression de la charge, nous obtenons les relations pour les composants de la charge sur le conteneur C aux fréquences w 1 et w 2:

Dans ce cas, l'équation d'équilibre harmonique (7.20) sous l'influence d'un signal harmonique je 1 = je 1 cos ( w 1 t + j) prend la forme :

Simplifions un peu ces expressions en introduisant les fréquences partielles m 1 et m 2, désaccords X 1 et X 2, facteur Q Q 1 et Q 2 circuits amplificateurs :

,  ;  ,  ;

,  .

Alors, dans cette notation, l'équation (7.21) prend la forme

Le rapport résultant doit être rempli à tout moment, donc, dans celui-ci, les coefficients à cos ( w 1 t + oui 1) et le péché ( w 1 t + oui 1). On met du bon côté j = oui 1 + (j - oui 1); ± oui 2 = oui 1 + (± oui 2 - oui 1), puis après de simples transformations trigonométriques du membre de droite, on obtient

Nous cadrons (7.25) et (7.26) et ajoutons, alors nous pouvons obtenir

Rappelons que le signe supérieur correspond à la casse w 2 = w n + w 1, et celui du bas est w 2 = w n - w 1 . L'expression résultante montre que l'amplitude de l'amplificateur paramétrique pompé à basse fréquence ( w n = w 2 - w 1) diffère considérablement de l'amplitude de l'amplificateur pompé à haute fréquence ( w n = w 2 + w 1). Considérons maintenant chacun de ces cas séparément.

Dans le premier cas (lors de la conversion vers le haut), le signal maximum exact sera obtenu grâce à un réglage fin des contours, c'est-à-dire X 1 = X 2 = 0. Dans ce cas, les amplitudes d'oscillations dans les premier et deuxième circuits :

,  .	(7.29)
Riz. 66. Dépendance des amplitudes UNE 1 et UNE 2 sur l'amplitude de la pompe Un lors du réglage fin des circuits de l'amplificateur.	En figue. 66 représente la dépendance UNE 1 et UNE 2 de Un lors du réglage fin des circuits de l'amplificateur. On peut voir sur la figure que l'amplitude des oscillations dans la première boucle diminue de façon monotone à mesure que l'amplitude de la pompe augmente. Ainsi, dans ce cas, il n'y a pas d'amplification du signal dans la première boucle. Cependant, l'amplitude des oscillations dans la deuxième boucle est proportionnelle à l'amplitude du signal d'entrée à UNE m< UNE 0 grandit avec la croissance Un... Par conséquent, dans le système, l'amplification avec conversion de fréquence vers le haut est possible si, comme

le signal de sortie utilise les oscillations dans le deuxième circuit amplificateur. Un tel amplificateur est un amplificateur paramétrique non régénératif à conversion ascendante en fréquence. Déterminons le coefficient de son amplification de puissance. Le gain de puissance est compris comme le rapport de la puissance à la sortie de l'amplificateur à la puissance du signal d'entrée libéré à la charge adaptée. Si les pertes du circuit primaire sont suffisamment faibles et R je << R"1, alors R 1 " R i et source d'entrée je 1 alimente la charge adaptée n 1 = m 2. Ainsi, l'augmentation de puissance n'est associée qu'à une augmentation de la fréquence des quanta, et non de leur nombre, donc le bruit d'un tel amplificateur est minime et il est assez stable.

Amplificateur avec conversion de fréquence vers le bas ( w 2 = w n - w 1) est un amplificateur régénératif conventionnel et n'offre aucun avantage par rapport au mode régénératif d'un amplificateur à boucle unique.

Il a été constaté que, dans certaines conditions, des éléments paramétriques sont capables de jouer le rôle d'éléments actifs dans le circuit. Cela permet de créer sur leur base amplificateurs paramétriques, qui ont un faible niveau de bruit intrinsèque, car il n'y a pas de bruit de courant en eux en raison de l'effet de grenaille. Les amplificateurs paramétriques sont principalement utilisés dans le domaine des micro-ondes comme étages d'entrée de récepteurs radio à haute sensibilité.

Dans les années 50 du 20ème siècle, les premières diodes paramétriques semi-conductrices ( varacteurs). Les capacités et inductances non linéaires contrôlées paramétriquement ont été étudiées dans la section 2.3.

Amplificateur paramétrique à boucle unique. Un schéma de principe d'un tel amplificateur est illustré à la Fig. 6.8, a, et l'équivalent est sur la Fig. 6.8, b.

Dépendance de la capacité paramétrique sur le signal de pompe harmonique à la fréquence
:

Conductivité
est introduit dans le circuit équivalent de l'amplificateur par une variation paramétrique de la capacité par un signal de pompe. Signal d'entrée - générateur de courant harmonique avec amplitude , la fréquence et conductivité interne
.,
- conductivité de charge. Pour mettre en œuvre une amplification paramétrique avec une libération de puissance maximale sur la conduction de charge, les conditions suivantes doivent être remplies :

(6.27)

où
;

(6.29)

puisque l'amplitude de tension aux bornes du générateur est égale et que la puissance active est libérée dans la charge
.

S'il n'y a pas de signal de pompe, la puissance est libérée dans la charge

(6.30)

de plus
, car
.

Gain de puissance nominal amplificateur paramétrique est appelé la quantité

(6.31)

par exemple si
Cm,
Voir alors.

La valeur critique de la conductance négative introduite, lorsque l'amplificateur paramétrique perd sa stabilité et s'auto-excite,

(6.32)

Dans les conditions (6.32), la conductivité négative du varactor compense entièrement la somme des conductivités du générateur d'entrée et de la charge. L'amplificateur paramétrique fonctionne de manière stable si
, si
, alors l'amplificateur s'auto-excite et se transforme en oscillateur paramétrique.

Soit les relations de phase des oscillations du signal d'entrée et du pompage optimales de sorte que dans (6.27)
... Puis à partir de (6.27) et (6.32) nous trouvons la profondeur de modulation critique de la capacité paramétrique par le signal de pompe :

(6.33)

Considérez le gain paramétrique en mode désaccord. Condition de synchronisme :
, il est presque impossible à exécuter avec précision. Laisser être
est le décalage de fréquence du signal d'entrée, c'est-à-dire
... Si
, alors l'amplificateur fonctionne en mode asynchrone. Alors la valeur du déphasage
, qui détermine la conductivité introduite dans le circuit, dépend du temps : La résistance introduite change comme

(6.34)

changeant périodiquement le signe à l'opposé au fil du temps.

Le résultat est un changement profond semblable à un battement dans le niveau de sortie. Cet inconvénient empêche en pratique l'utilisation d'amplificateurs à boucle unique.

Amplificateur paramétrique à double circuit. Libre du désavantage indiqué amplificateur paramétrique à double boucle, dont le schéma est représenté sur la Fig. 6.9.

L'amplificateur se compose de deux circuits oscillants, dont l'un est réglé sur la fréquence ... Ce circuit s'appelle signal. Un autre circuit appelé Célibataire, accordé à fréquence de repos
... La connexion entre les circuits est réalisée grâce à la capacité paramétrique du varactor. Le signal de la pompe modifie la capacité paramétrique de manière harmonique à la fréquence de la pompe
:

Les deux circuits oscillants - signal et ralenti - ont un Q élevé. Par conséquent, en mode stationnaire, les tensions sur ces circuits sont approximativement harmoniques :

(6.36)

D'après la fig. 6.9, tension sur le varactor
... Puis le courant à travers le varactor

(6.37)

Étant donné que le spectre du signal (6.37) contient des composantes à la fréquence du signal
, à la fréquence de ralenti
, ainsi qu'aux fréquences combinées
et
... Un varactor et une boucle de repos connectés en série à la boucle de signal peuvent être remplacés dans un circuit équivalent avec conduction introduite dans la boucle de signal. Pour trouver cette conductivité, il faut sélectionner en (6.37) la composante de courant à la fréquence du signal :

Dans (6.38), le premier terme est décalé par rapport à la tension
en phase à
... Par conséquent, à cause de cela, il n'y a pas de conduction active dans le circuit de signal. Le deuxième terme à la fréquence du signal proportionnel à l'amplitude
tension en circuit ouvert. Trouvons la valeur
... Pour cela, sélectionner dans le courant varactor (6.37) la composante utile à la fréquence de repos, proportionnelle à
:

(6.39)

Laisser être
- résistance de résonance du circuit de ralenti. La tension à ses bornes causée par les fluctuations de la fréquence
,

d'où, en comparant avec la seconde expression de (6.36), on obtient :

(6.41)

Remplacez les expressions (6.41) dans le deuxième terme de (6.38). On obtient l'expression de la composante de courant utile à la fréquence du signal due à l'influence du varactor et du circuit de repos :

Conductance introduite dans le circuit de signal par connexion en série du varactor et du circuit de repos,

(6.43)

s'avère actif et négatif.

Ensuite, vous pouvez calculer le gain nominal de l'amplificateur paramétrique à double circuit en utilisant la formule (6.31). L'analyse de la stabilité du fonctionnement d'un amplificateur à double circuit est réalisée de la même manière que pour un amplificateur à simple circuit. Comparons l'expression

(6.27)

pour un amplificateur à circuit simple et (6.43) - pour un amplificateur à circuit double, on constate que dans un amplificateur à circuit double, la conductance introduite, contrairement à un amplificateur à circuit simple, ne dépend pas des phases initiales du signal d'entrée et pompage. De plus, un amplificateur à double boucle, contrairement à un amplificateur à boucle unique, n'est pas critique pour le choix des fréquences de signal et pompage
... La conductance introduite sera négative si
.

Sortir.Un amplificateur à double boucle est capable de fonctionner à un rapport arbitraire des fréquences du signal et de la pompe, quelles que soient les phases initiales de ces oscillations. Cet effet est dû à l'utilisation de vibrations auxiliaires apparaissant à l'une des fréquences de combinaison.

Bilan de puissance en multi-circuit paramétrique systèmes. L'insensibilité de phase permet d'étudier : des systèmes paramétriques multicircuits basés sur des relations énergétiques. Un circuit équivalent d'un amplificateur paramétrique à deux circuits est illustré à la Fig. 6.10.

Ici, parallèlement à la capacité non linéaire
inclus trois bipolaires. Deux d'entre eux contiennent les sources de signal et de pompe, et le troisième forme un circuit libre accordé à la fréquence combinatoire
, où
et - des nombres entiers. Chacun des trois réseaux à deux ports contient un filtre à bande étroite accordé aux fréquences ,
et
, respectivement. Pour simplifier le problème, nous supposons que les circuits de signal et de pompe n'ont pas de pertes ohmiques. Si l'une des sources (signal ou pompe) est absente, alors les composants aux fréquences de combinaison dans le courant traversant le condensateur non linéaire sont absents. Le courant du circuit à vide est nul. Le système se comporte comme un système réactif, c'est-à-dire qu'il ne consomme pas en moyenne la puissance de la source.

Si les deux sources sont présentes, alors la composante actuelle apparaît à la fréquence combinée
... Ce courant peut être fermé à travers un circuit inactif. La charge sur le circuit de ralenti consomme en moyenne de l'énergie. Des parties actives des résistances apparaissent dans les circuits de signal et de pompe. Leurs significations et signes sont déterminés par la redistribution des capacités entre les sources. Appliquons à un système autonome (fermé) de la Fig. 6.10 loi de conservation de l'énergie : la puissance moyenne (sur les périodes des oscillations correspondantes) du signal, les oscillations de pompage et de combinaison sont liées comme

(6.44)

Puissance moyenne exprimé en termes d'énergie alloué pour la période :

où
- la fréquence.

où
,
et
, ou

Exécution (6.45) indépendamment de la sélection de fréquence et
n'est possible que lorsque

(6.47)

En (6.47), on passe des énergies aux puissances, on obtient Équations de Manley-Rowe:

(6.48)

Les équations de Manley-Rowe permettent d'étudier les lois de conversion de puissance dans les systèmes paramétriques multicircuits. Examinons deux cas typiques.

Gain paramétrique upconverti. Laisser entrer (6.48)
... Nous avons:

(6.49)

La puissance délivrée à la charge est positive, tandis que la puissance délivrée au circuit par le générateur est négative. Depuis en (6.49)
, alors
et
(voir fig.6.11).

Sortir. Si le circuit de repos de l'amplificateur paramétrique est réglé sur la fréquence combinatoire
, puis les deux sources - signal et pompe, alimentent le circuit de ralenti, où il est consommé dans la charge. Parce que
, alors le gain de puissance est

(6.50)

L'avantage du système à l'étude est une stabilité telle qu'il ne peut être excité à aucun signal et puissance de pompage. Inconvénient - la fréquence du signal de sortie est supérieure à la fréquence du signal d'entrée. Dans le domaine des micro-ondes, cela conduit à des difficultés de traitement du signal.

Gain paramétrique régénératif. Laisser être
,
... Ensuite, la fréquence du circuit de repos
, et
... Les équations de Manley-Rowe sont :

(6.51)

De la première équation de (6.51), il résulte que
et
... Cela signifie qu'une partie de la puissance prélevée sur le générateur de pompe entre dans le circuit de signal. C'est-à-dire que le système a régénération à la fréquence du signal. La puissance de sortie peut être extraite à la fois du signal et du circuit à vide (voir Fig. 6.12) ..

Le gain du système ne peut pas être déterminé à partir des équations (6.51). Depuis le pouvoir contient à la fois la partie consommée du générateur d'entrée et la partie résultant de l'effet de régénération. Dans certaines conditions, ces amplificateurs ont tendance à s'auto-exciter. Ensuite, la puissance est libérée dans la boucle de signal même en l'absence de signal utile à l'entrée.

Un diagramme schématique d'un amplificateur à deux fréquences ou, comme on l'appelle souvent, d'un amplificateur à deux boucles est illustré à la Fig. 10.16. Le premier circuit de signal est réglé sur la fréquence centrale du spectre du signal (fréquence de résonance) et le second, circuit « inactif », sur la fréquence de la portée, ce qui est assez différent de.

La fréquence de pompage est choisie à partir de la condition

(10.43)

Lors du choix d'une fréquence, on suppose que la fréquence du signal est en dehors de la bande de transparence du circuit auxiliaire. Mais la fréquence de combinaison doit être en dehors de la bande de fonctionnement de la boucle de signal.

Lorsque ces conditions sont remplies, une seule tension de fréquence existera sur la boucle de signal et des fréquences sur la boucle auxiliaire. Considérant que les amplitudes de ces tensions sont faibles en comparaison, il est possible de remplacer la capacité non linéaire, ainsi que le générateur de pompe, par une capacité paramétrique linéaire variant avec la fréquence, comme cela a été fait au § 10.5.

Riz. 10.16. Amplificateur paramétrique à deux fréquences

Ensuite, sous l'influence de la tension du signal dans le circuit à capacité variable, un courant apparaît (en plus d'autres composants qui ne présentent pas d'intérêt dans ce cas)

[cm. 10.36)]. Ici .

Sur la résistance du circuit ouvert, le courant crée une chute de tension

On note la FEM équivalente agissant sur la capacité C, comme au § 8.16 [voir. (8.99)], sous la forme

Le courant de combinaison dû à cette CEM, par analogie avec l'expression (10.44), sera

Notez que la phase et la fréquence de la pompe (elle est absente dans l'expression (10.45)).

En tenant compte de la relation ci-dessus pour la dernière égalité peut être écrite sous la forme

Comme vous pouvez le voir, en ce qui concerne le circuit de signal, la capacité non linéaire, ainsi que le générateur de pompe et le circuit de repos, peuvent être remplacés par la conductivité, en tenant compte du courant trouvé

L'amplitude complexe de ce courant

L'amplitude complexe de la tension à travers la boucle de signal. Par conséquent, la conductance contournant la boucle de signal sera

(10.46)

où est la fonction conjuguée complexe de la fonction

Pour la résonance, quand, par conséquent, la résistance du circuit auxiliaire sera et la formule (10.46) prend la forme

Dans le circuit équivalent illustré à la Fig. 10.17, les éléments situés à gauche de la ligne pointillée correspondent au circuit de signal de l'amplificateur, et à droite, à la capacité non linéaire avec le circuit auxiliaire. Le circuit résultant est essentiellement le même que le circuit amplificateur à boucle unique (voir Figure 10.15). La seule différence réside dans la méthode de détermination de la conductivité négative équivalente.

Des détails relatifs à la définition des oscillations de combinaison sont donnés afin d'attirer l'attention sur les avantages suivants d'un amplificateur à double boucle :

a) la conductance négative équivalente et, par conséquent, l'amplification de puissance ne dépendent pas de la phase de la tension de pompe.

b) le respect d'un certain rapport entre les fréquences n'est pas requis

Ces deux propriétés de l'amplificateur à deux boucles s'expliquent par le fait que la phase totale du courant de combinaison dans l'expression (10.45), qui détermine la nature de la conductivité équivalente, est essentiellement la différence de phase des tensions de pompe. Le premier d'entre eux a la forme et le second (exclu). Lorsque la différence est formée, elle disparaît et la fréquence de différence coïncide dans tous les cas avec la fréquence du signal (depuis).

Le gain d'un amplificateur à double boucle à une fréquence de résonance peut être déterminé à partir d'une expression similaire à la formule (10.40) :

où est calculé par la formule (10.46), est la conductivité de la charge du circuit de signal.

Lorsque la fréquence du signal s'écarte de la fréquence de résonance et, par conséquent, la fréquence du module de résistance diminue, ce qui entraîne une diminution du module et, par conséquent, du facteur d'amplification de puissance.

Sur la base de l'expression (10.46), vous pouvez calculer la réponse en fréquence et la bande passante de l'amplificateur à double boucle.

La condition de stabilité de l'amplificateur dans ce cas peut être écrite sous la forme

Considérons le bilan énergétique dans un amplificateur à deux fréquences en fonction du rapport de fréquence Soit la fréquence et la puissance du signal à l'entrée de l'amplificateur. Comme avec une augmentation de la fréquence auxiliaire, le module de la valeur négative augmente [voir. (10.46)], alors il grandit aussi [voir. (10.48)]. Puissance du signal à la sortie de l'amplificateur

Pour déterminer la puissance requise du générateur de pompe Pson, ainsi que la puissance libérée dans le circuit auxiliaire, nous utilisons le théorème de Manley-Rowe. Sur la base de l'expression (7.104), les relations suivantes peuvent être écrites :

(Le signe moins dans la dernière expression est omis, car il est évident que cette puissance provient du générateur de pompe.) Le rapport de puissance est illustré à la Fig. 10.18. On peut voir sur cette figure que plus de puissance est allouée sur le circuit auxiliaire que sur le signal. Ainsi, bien que la puissance augmente avec l'augmentation de la fréquence, la répartition de la puissance prélevée sur l'oscillateur de pompe change en faveur de la fréquence. Malgré cela, ils fonctionnent souvent en mode, car lors de l'amplification d'un signal faible, l'importance principale n'est pas la degré d'utilisation de l'énergie, mais le rapport de puissance

Pour illustrer les relations quantitatives dans un amplificateur paramétrique bifréquence, nous donnerons l'exemple suivant.

Soit qu'il soit nécessaire d'amplifier un signal à une fréquence avec une largeur de spectre

Données initiales du premier (signal) circuit : impédance caractéristique Ohm ; résistance interne de la source de signal, contournant le circuit,; résistance de charge.

Données initiales du deuxième circuit (au repos) : fréquence de résonance ; impédance caractéristique Ohm; résistance de charge.

Avant de calculer la variation requise de la capacité varicap, nous trouvons la valeur de conductivité limite qui peut être connectée au circuit de signal pour une largeur de spectre de signal donnée

Le facteur Q maximal du circuit de signal (lors du shunt avec une conductivité négative) ne doit évidemment pas dépasser

Lorsque la conductivité résultante contournant le premier circuit doit être d'au moins

En conclusion, notons les principaux avantages et inconvénients de l'amplificateur paramétrique.

Un avantage important d'un amplificateur paramétrique est son niveau de bruit relativement faible par rapport aux amplificateurs à transistor ou à tube. Au § 7.3, il a été noté que la principale source de bruit dans les amplificateurs à transistors et à tubes est l'effet de grenaille causé par le transfert chaotique de charges discrètes d'électrons et de trous (dans un transistor). Dans un amplificateur paramétrique, un effet similaire a lieu dans un appareil qui module un paramètre. Par exemple, le changement de capacité d'un varicap se produit en raison du mouvement des électrons et des trous. Cependant, l'intensité du flux de porteurs d'électricité dans une varicap est plusieurs fois inférieure à celle d'un transistor ou d'une lampe. Dans ce dernier, l'intensité du flux détermine directement la puissance du signal utile libéré dans le circuit de charge, et dans le varicap - juste l'effet de modulation du paramètre. L'affaiblissement de l'effet de l'effet de grenaille est si important que dans un amplificateur paramétrique le niveau de bruit est déterminé principalement par le bruit thermique. À cet égard, le refroidissement d'une diode paramétrique à 5 ... 10 est souvent utilisé.

L'inconvénient d'un amplificateur paramétrique est la complexité du découplage des circuits de pompe et de signal.

Dans le circuit illustré à la figure 10.14, a, typique des amplificateurs paramétriques de la gamme des compteurs, le découplage est effectué à l'aide de condensateurs d'isolement et de selfs de blocage. Dans le domaine des micro-ondes, dans lequel les amplificateurs paramétriques sont particulièrement largement utilisés, il est nécessaire de recourir à des conceptions très complexes qui combinent en un seul nœud un circuit oscillant à deux fréquences sous la forme de résonateurs creux, de varicap et d'éléments de découplage spéciaux (circulateur, directionnel coupleur, absorbeur, filtre barrière). Ces questions sont traitées dans des cours spéciaux.

AMPLIFICATEUR PARAMÉTRIQUE- un dispositif électronique, dans lequel l'amplification du signal en termes de puissance s'effectue au détriment de l'énergie ext. source (appelée générateur pompage), en changeant périodiquement la capacité ou l'inductance de l'élément réactif non linéaire électr. circuits amplificateurs. P. à. appliquer Ch. arr. en radioastronomie, espace lointain. et les communications par satellite et le radar en tant qu'amplificateur à faible bruit de signaux faibles arrivant à l'entrée d'un récepteur radio, principalement. dans la gamme des micro-ondes. Le plus souvent chez P. at. paramétrique est utilisé comme élément réactif. diode semi-conductrice (PPD). De plus, dans la gamme des micro-ondes, P. at. Fonctionnant sur des lampes à rayons cathodiques est utilisé, dans la région des basses fréquences (sonores) - P. at. avec ferromagnétique. élément (ferrite).
Naib. Les PU à deux fréquences (ou à double circuit) se sont généralisées: dans la gamme centimétrique - amplificateurs régénératifs à rétention de fréquence (Fig., une), aux ondes décimétriques - amplificateurs - convertisseurs de fréquence (Fig., b)(cm. Génération paramétrique et amplification des oscillations électromagnétiques)... En tant que famille d'accueil, ils se balancent. contour et vibre. circuit accordé sur une fréquence auxiliaire, ou "au repos" (qui est le plus souvent égale à la différence ou à la somme des fréquences du signal et du générateur de pompe), dans le P. at. utilisent habituellement résonateurs à cavité, à l'intérieur de to-rykh ont PPD.

Circuits équivalents d'amplificateurs paramétriques : une- régénératrice ; b- avec conversion de fréquence "up" ; vous in - signal d'entrée avec fréquence porteuse F avec; vous c - tension de la pompe ; vous out - signal de sortie avec fréquence porteuse F avec; autre :: - signal de sortie avec fréquence porteuse ( f c + f m ); Tp 1 - transformateur d'entrée; Tr 2 - transformateur de sortie; Tr n - transformateur dans le circuit de la pompe; D - diode semi-conductrice paramétrique; L- la bobine d'inductance du circuit oscillant accordée sur la fréquence ( F n- F avec); Fs, F cn, F n - filtres électriques à faible impédance, respectivement, à des fréquences F avec, ( F avec ± F m), F n et suffisamment grand pour toutes les autres fréquences.

Les générateurs de pompe utilisent diode à avalanche, diode Gunn, multiplicateur de fréquence varactor et réfléchissent moins souvent. klystron. La fréquence de pompage et la fréquence "au repos" sont choisies dans la plupart des cas proches de la critique. la fréquence F cr PPD (c'est-à-dire à la fréquence à laquelle le P. at. cesse de s'amplifier); dans ce cas, la fréquence du signal doit être beaucoup plus faible F cr. Pour obtenir min. les températures de bruit (10 - 20 K et moins) sont utilisées P. at. refroidi à la température de l'azote liquide (77 K), de l'hélium liquide (4,2 K) ou intermédiaire (généralement 15 - 20 K); à P. non refroidi à. température de bruit 20 - 500 K et plus. Les cotes maximales réalisables. gain et bande passante de P. at. sont déterminés pour l'essentiel. paramètres de l'élément réactif. P. à. avec coeff. amplification de la puissance du signal reçu égale à 10 - 30 dB, et largeurs de bande de 10 - 20 % de la fréquence porteuse du signal.
P. à. sont supplantés par les amplificateurs micro-ondes à faible bruit à transistors, à la fois refroidis et non refroidis, mais continuent d'être utilisés dans la gamme des ondes radio millimétriques, où ils surpassent encore les amplificateurs à transistors.