Amplificatoare de amplificare parametrică a semnalelor electrice. Amplificator parametric cu dublu circuit

Amplificator parametric

un dispozitiv electronic în care semnalul de putere este amplificat în detrimentul energiei sursă externă(așa-numitul generator de pompă), schimbând periodic capacitatea sau inductanța unui element reactiv neliniar circuit electric amplificator. P. la. utilizat în principal în radioastronomie (vezi Radioastronomie), comunicații spațiale și prin satelit pe distanță lungă și radar (vezi Radar) ca amplificator cu zgomot redus semnale slabe, ajungând la intrarea dispozitivului de recepție radio, în principal în domeniul microundelor. Cel mai adesea în P. la. O diodă semiconductoare parametrică (PPD) este utilizată ca element reactiv. În plus, în domeniul microundelor, se folosește P.U. Funcționând pe lămpi cu fascicul de electroni, iar în regiunea frecvențelor joase (sunete), P. la. cu un element feromagnetic (ferită).

Cele mai răspândite sunt P.U cu două frecvențe (sau cu dublu circuit): în intervalul centimetrilor - „amplificatoare reflectorizante cu conservare a frecvenței” regenerative ( orez. , a), la unde decimetrice - amplificatoare - convertoare de frecvență ( orez. , b) (vezi Excitarea parametrică și amplificarea oscilațiilor electrice). Ca un circuit oscilator de recepție și un circuit oscilator reglat la o frecvență auxiliară sau „inactiv” (care este cel mai adesea egală cu diferența sau suma frecvențelor semnalului și a generatorului pompei), în P. at. Rezonatoarele cu cavitate sunt de obicei utilizate (vezi rezonatorul cu cavitate) , în interiorul căruia se află PPD-ul. Dioda semiconductoare de tranzit de avalanșă, dioda Gunn, varactor sunt utilizate în generatoarele de pompe.

ny Multiplicator de frecvență și Klystron mai rar reflectorizant. Frecvența de pompare și frecvența „inactiv” sunt alese în majoritatea cazurilor apropiate de frecvența critică f kp PPD (adică la frecvența la care P.U. încetează să se amplifice); în acest caz, frecvența semnalului ar trebui să fie mult mai mică f kp. Pentru a obține temperaturile minime de zgomot (vezi Temperatură de zgomot) (10-20 K sau mai puțin), se folosește P.C., răcit la temperaturi de azot lichid (77 K), heliu lichid (4,2 K) sau temperaturi intermediare (de obicei 15-20 K). LA); la nerăcit P. la. temperatura de zgomot 50-100 K și mai mult. Câștigul maxim realizabil și lățimea de bandă a P. at. sunt determinate în principal de parametrii elementului reactiv. P. la. cu factori de amplificare a puterii semnalului primit egali cu 10-30 db,și lățimi de bandă de 10-20% din frecvența purtătoare (vezi Frecvența purtătoare) a semnalului.

Lit.: Etkin VS, Gershenzon EM, Parametric microwave systems on semiconductor diodes, M .. 1964; Lopukhin VM, Roshal AS, Amplificatoare parametrice cu fascicul de electroni, M., 1968; Microunde - dispozitive semiconductoare și aplicarea lor, trans. din engleză, M., 1972; Kopylova K.F., Terpugov N.V., Amplificatoare capacitive parametrice frecvențe joase, M., 1973; Penfield P., Rafuse R., Varactor applications, Camb. (Mas.), 1962.

V. S. Etkin.

Circuite echivalente ale amplificatoarelor parametrice: a - regenerative; b - „cu conversie ascendentă”; u in - semnal de intrare cu o frecvență purtătoare f c, u n - tensiune de „pompare”; u out1 - semnal de ieșire cu frecvență purtătoare f c; u out2 - semnal de ieșire cu frecvență purtătoare (f c + f n); Tp 1 - transformator de intrare; Tr 2 - transformator de iesire; Tr 2 - transformator în circuitul „pompă”; D - parametric dioda semiconductoare; L - bobina de inductanță a circuitului oscilator acordat la frecvență (f c + f n); F s, F sn, F n - filtre electrice cu impedanță scăzută, respectiv, la frecvențele f c, (f c + f n), f n și suficient de mari la toate celelalte frecvențe.

Mare Enciclopedia sovietică... - M .: Enciclopedia sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce este „amplificator parametric” în alte dicționare:

Un dispozitiv electronic, în care semnalul este amplificat din punct de vedere al puterii datorită energiei externe. sursă (așa-numitul generator de pompă), schimbând periodic capacitatea sau inductanța unui element reactiv neliniar circuite amplificatoare... Enciclopedie fizică

Dicţionar enciclopedic mare

amplificator parametric- - Subiecte telecomunicații, concepte de bază EN amplificator parametric...

Un amplificator de vibrații electrice, în care elementul principal (amplificator) este cel mai adesea un varicap. Comparat cu amplificatoare conventionale are un nivel semnificativ mai scăzut de zgomot intrinsec. Folosit pentru a amplifica semnale slabe ...... Dicţionar enciclopedic

amplificator parametric- parametrinis stiprintuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. amplificator parametric vok. Parameterverstärker, m; parametrischer Verstärker, m rus. amplificator parametric, m pranc. amplificateur paramétrique, m ... Automatikos terminų žodynas

amplificator parametric- parametrinis stiprintuvas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. amplificator parametric vok. parametrischer Verstärker, m rus. amplificator parametric, m pranc. amplificateur paramétrique, m ... Fizikos terminų žodynas

Amplificator electric. semnale, în plus, puterea semnalului crește datorită energiei sursei, care modifică periodic valoarea parametrului reactiv al sistemului (de obicei capacitatea). P. la. diferă într-un nivel foarte mic de int. zgomot. Folosit in ... ... Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

amplificator parametric de lumină- parametrinis šviesos stiprintuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. amplificator parametric luminos vok. Lichtparameterverstärker, m rus. amplificator parametric de lumină, m pranc. amplificator paramétrique de lumière, m ... Radioelektronikos terminų žodynas

amplificator parametric cu fascicul de electroni- EPU Dispozitiv cu microunde bazat pe o undă ciclotronică rapidă, în care energia cinetică transversală a fasciculului de electroni este amplificată într-un rezonator cu pompă situat între dispozitivele de comunicare de intrare și de ieșire. [GOST 23769 79] Subiecte - dispozitive ... ... Ghidul tehnic al traducătorului

Amplificator parametric cu fascicul de electroni- 61. Amplificator parametric cu fascicul de electroni Dispozitiv cu microunde bazat pe o undă ciclotronică rapidă, în care energia cinetică transversală a fasciculului de electroni este amplificată într-un rezonator cu pompă, ... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Luați în considerare un condensator variabil

,

variind sub acţiunea tensiunii pompei u n(t) = U n ca ( w n t). Să se aplice o tensiune alternativă acestui condensator u C(t) = U 1 cos ( w 1 t + j), atunci curentul capacitiv va fi

Astfel, spectrul de curent conține componente cu frecvențe w 1 , w n + w 1 și w n - w 1 . Aceste frecvențe pot fi distinse folosind contururi Q suficient de înalte, reglate la frecvențe w 1 și w 2 = w n ± w 1 și conectate printr-o capacitate neliniară comună (Fig. 65).

Impedanta pierderile din prima buclă vor fi R 1 = R" 1 ||R i(Unde R i- rezistența internă a sursei de semnal). Lăsați acest circuit să fie reglat la o frecvență apropiată de frecvența semnalului amplificat, adică. n 1" w 1 . În consecință, al doilea circuit L 2 C 2 R 2 reglat la frecvență w 2 = w n ± w 1 (n 2" w 2). Luați în considerare cazul când frecvențele parțiale n 1 și n Cele 2 contururi sunt departe unul de celălalt, astfel încât conectivitatea este mică. În acest caz, frecvențele normale sunt apropiate de cele parțiale (decalarea între frecvențele parțiale și cele normale corespunzătoare este mică și putem presupune că se află în banda de trecere a circuitelor, adică fiecare circuit rezonează la propria frecvență) . Astfel, circuitul își va crește brusc frecvența și va slăbi restul.

Cu un factor Q suficient de mare al circuitelor, rezistențele fiecărui circuit pentru frecvențe departe de frecvența sa parțială sunt practic zero. Astfel, circuitul este o sarcină activă doar într-un interval mic de frecvență în apropierea frecvenței sale parțiale. În schema pe care o luăm în considerare în circuitul principal, puterea activă poate fi eliberată numai la o frecvență w 1, iar într-unul suplimentar - la una dintre frecvențe w 2 = w n ± w 1 . Astfel, deoarece putem urmări doar o frecvență în fiecare circuit, atunci pentru aceste frecvențe notăm ecuațiile de echilibru armonic

(7.20)

Fie ca un varicap să fie luat ca o capacitate neliniară. Apoi, după cum știți,

.

În măsura în care u C = u 1 + u n - u 2, atunci, în cadrul echilibrului armonic, trebuie să punem u n = A n ca ( w n t), u 1 = A 1 cos ( w 1 t + y 1), u 2 = A 2 cos ( w 2 t + y 2) (faze y 1 și y 2 sunt măsurate de la tensiunea pompei). Înlocuind aceste expresii în expresia pentru sarcină, obținem relațiile pentru componentele încărcăturii de pe container. C la frecvente w 1 și w 2:

În acest caz, ecuația de echilibru armonic (7.20) sub influența unui semnal armonic i 1 = eu 1 cos ( w 1 t + j) ia forma:

Să simplificăm puțin aceste expresii introducând frecvențele parțiale n 1 și n 2, dezacorduri X 1 și X 2, factor Q Q 1 și Q 2 circuite amplificatoare:

,  ;  ,  ;

,  .

Apoi, în această notație, ecuația (7.21) ia forma

Raportul rezultat ar trebui să fie îndeplinit în orice moment, prin urmare, în el, coeficienții la cos ( w 1 t + y 1) și păcatul ( w 1 t + y 1). Punem pe partea dreapta j = y 1 + (j - y 1); ± y 2 = y 1 + (± y 2 - y 1), apoi după transformări trigonometrice simple ale părții drepte, obținem

Patratăm (7.25) și (7.26) și adunăm, apoi putem obține

Amintiți-vă că semnul superior corespunde cazului w 2 = w n + w 1, iar cea de jos - w 2 = w n - w 1 . Expresia rezultată arată că amplitudinea amplificatorului parametric pompat de joasă frecvență ( w n = w 2 - w 1) diferă semnificativ de amplitudinea amplificatorului pompat de înaltă frecvență ( w n = w 2 + w 1). Să luăm acum în considerare fiecare dintre aceste cazuri separat.

În primul caz (la conversie în sus), semnalul maxim exact va fi atins ca urmare a reglajului fin al contururilor, de exemplu. X 1 = X 2 = 0. În acest caz, amplitudinile oscilațiilor în primul și al doilea circuit:

,  .	(7.29)
Orez. 66. Dependenţa amplitudinilor A 1 și A 2 pe amplitudinea pompei A n la reglarea fină a circuitelor amplificatoarelor.	În fig. 66 descrie dependența A 1 și A 2 din A n la reglarea fină a circuitelor amplificatoarelor. Din figură se poate observa că amplitudinea oscilațiilor din prima buclă scade monoton pe măsură ce amplitudinea pompei crește. Astfel, în acest caz, nu există o amplificare a semnalului în prima buclă. Cu toate acestea, amplitudinea oscilațiilor din a doua buclă este proporțională cu amplitudinea semnalului de intrare la A n< A 0 crește odată cu creșterea A n... Prin urmare, în sistem, amplificarea cu conversie de frecvență în sus este posibilă dacă, ca

semnalul de ieșire pentru a utiliza oscilațiile din al doilea circuit amplificator. Un astfel de amplificator este un amplificator parametric cu conversie ascendentă neregenerativă. Să determinăm coeficientul de amplificare a puterii sale. Câștigul de putere este înțeles ca raportul dintre puterea la ieșirea amplificatorului și puterea semnalului de intrare eliberat la sarcina potrivită. Dacă pierderile circuitului primar sunt suficient de mici și R i << R„1, atunci R 1" R i și sursa de intrare i 1 furnizează energie sarcinii potrivite n 1 = n 2. Astfel, creșterea puterii este asociată doar cu o creștere a frecvenței cuantelor, și nu cu numărul acestora, deci zgomotul unui astfel de amplificator este minim și este destul de stabil.

Amplificator cu conversie de frecvență în jos ( w 2 = w n - w 1) este un amplificator regenerativ convențional și nu oferă niciun avantaj față de modul regenerativ al unui amplificator cu o singură buclă.

S-a constatat că, în anumite condiții, elementele parametrice sunt capabile să joace rolul de elemente active în circuit. Acest lucru face posibilă crearea pe baza lor amplificatoare parametrice, care au un nivel scăzut de zgomot intrinsec, deoarece nu există zgomot curent în ele din cauza efectului de împușcare. Amplificatoarele parametrice sunt utilizate în principal în domeniul microundelor ca trepte de intrare ale receptoarelor radio de înaltă sensibilitate.

În anii 50 ai secolului XX, primele diode parametrice semiconductoare ( varactori). Capacitatele și inductanțe neliniare controlate parametric au fost studiate în Secțiunea 2.3.

Amplificator parametric cu o singură buclă. O diagramă schematică a unui astfel de amplificator este prezentată în Fig. 6.8, a, iar echivalentul este în Fig. 6.8, b.

Dependența capacității parametrice de semnalul pompei armonice la frecvență
:

Conductivitate
introdus în circuitul echivalent al amplificatorului prin modificarea parametrică a capacităţii de către semnalul pompei. Semnal de intrare - generator de curent armonic cu amplitudine , frecvență și conductivitate internă
.,
- conductivitatea sarcinii. Pentru a implementa amplificarea parametrică cu eliberare maximă a puterii la conducerea sarcinii, trebuie îndeplinite următoarele condiții:

(6.27)

Unde
;

(6.29)

deoarece amplitudinea tensiunii la bornele generatorului este egală, iar puterea activă este eliberată în sarcină
.

Dacă nu există semnal de pompă, atunci puterea este eliberată în sarcină

(6.30)

în plus
, deoarece
.

Câștig de putere nominală amplificatorul parametric se numește mărime

(6.31)

de exemplu dacă
Cm,
Vezi atunci.

Valoarea critică a conductanței negative introduse, atunci când amplificatorul parametric își pierde stabilitatea și se autoexcita,

(6.32)

În condițiile (6.32), conductivitatea negativă a varactorului compensează complet suma conductivităților generatorului de intrare și a sarcinii. Amplificatorul parametric funcționează stabil dacă
, dacă
, apoi amplificatorul este autoexcitat și se transformă într-un oscilator parametric.

Fie relațiile de fază ale oscilațiilor semnalului de intrare și de pompare să fie optime astfel încât în ​​(6.27)
... Apoi din (6.27) și (6.32) găsim adâncimea critică de modulare a capacității parametrice de către semnalul pompei:

(6.33)

Luați în considerare câștigul parametric în modul de acordare. Condiție de sincronism:
, este aproape imposibil de executat cu exactitate. Lasa
este decalajul de frecvență al semnalului de intrare, adică
... Dacă
, apoi amplificatorul funcționează modul asincron. Apoi valoarea defazajului
, care determină conductivitatea introdusă în circuit, depinde de timp: Rezistența introdusă se modifică pe măsură ce

(6.34)

schimbând periodic semnul invers în timp.

Rezultatul este o schimbare profundă a nivelului de ieșire. Acest dezavantaj împiedică utilizarea amplificatoarelor cu o singură buclă în practică.

Amplificator parametric cu dublu circuit. Liber de dezavantajul indicat amplificator parametric cu dublu circuit, a cărei diagramă este prezentată în Fig. 6.9.

Amplificatorul este format din două circuite oscilatorii, dintre care unul este reglat la frecvență ... Acest circuit este numit semnal. Un alt circuit numit singur, acordat la frecventa inactiv
... Legătura dintre circuite se realizează prin capacitatea parametrică a varactorului. Semnalul pompei modifică armonic capacitatea parametrică la frecvența pompei
:

Ambele circuite oscilatorii - semnal și inactiv - au Q mare. Prin urmare, în modul staționar, tensiunile de pe aceste circuite sunt aproximativ armonice:

(6.36)

Conform fig. 6.9, tensiune pe varactor
... Apoi curentul prin varactor

(6.37)

Deoarece, spectrul semnalului (6.37) conține componente la frecvența semnalului
, la frecventa inactiv
, precum și la frecvențe combinate
și
... Un varactor și o buclă inactiv conectate în serie la bucla de semnal pot fi înlocuite pe un circuit echivalent prin conducția introdusă în bucla de semnal. Pentru a găsi această conductivitate, este necesar să se selecteze în (6.37) componenta curentă la frecvența semnalului:

În (6.38), primul termen este deplasat în raport cu tensiunea
în fază la
... Prin urmare, datorită acesteia, nu există nicio introducere a conductibilității active în circuitul de semnal. Al doilea termen la frecvența semnalului proporțional cu amplitudinea
tensiune în circuit deschis. Să găsim valoarea
... Pentru a face acest lucru, selectați în curentul varactor (6.37) componenta utilă la frecvența de repaus, proporțională cu
:

(6.39)

Lasa
- rezistența de rezonanță a circuitului inactiv. Tensiunea pe ea este cauzată de fluctuațiile frecvenței
,

de unde, comparând cu a doua expresie din (6.36), se obține:

(6.41)

Înlocuiți expresiile (6.41) în al doilea termen din (6.38). Obținem expresia componentei curentului util la frecvența semnalului datorită influenței varactorului și a circuitului inactiv:

Conductanța introdusă în circuitul de semnal prin conectarea în serie a varactorului și a circuitului inactiv,

(6.43)

se dovedește a fi activ și negativ.

Apoi, puteți calcula câștigul nominal al amplificatorului parametric cu circuit dublu utilizând formula (6.31). Analiza stabilității funcționării unui amplificator cu dublu circuit se realizează în același mod ca și pentru un amplificator cu un singur circuit. Să comparăm expresia

(6.27)

pentru un amplificator cu un singur circuit și (6.43) pentru un amplificator cu dublu circuit, constatăm că într-un amplificator cu dublu circuit, conductanța introdusă, spre deosebire de un amplificator cu un singur circuit, nu depinde de fazele inițiale ale intrării. semnal şi pompare. În plus, un amplificator cu dublă buclă, spre deosebire de un amplificator cu o singură buclă, nu este critic pentru alegerea frecvențelor semnalului. si pompare
... Conductanţa introdusă va fi negativă dacă
.

Ieșire.Un amplificator cu dublă buclă este capabil să funcționeze la un raport arbitrar dintre semnalul și frecvențele pompei, indiferent de fazele inițiale ale acestor oscilații. Acest efect se datorează utilizării oscilațiilor auxiliare care apar la una dintre frecvențele combinate.

Balanța puterii în parametri multi-circuit sisteme. Insensibilitatea la relațiile de fază vă permite să studiați: sisteme parametrice cu mai multe circuite bazate pe relații energetice. Un circuit echivalent al unui amplificator parametric cu două circuite este prezentat în Fig. 6.10.

Aici, paralel cu capacitatea neliniară
incluse trei bipolare. Două dintre ele conțin sursele de semnal și de pompă, iar al treilea formează un circuit inactiv reglat la frecvența combinațională
, Unde
și - numere întregi. Fiecare dintre cele trei rețele cu două porturi conține un filtru de bandă îngustă reglat la frecvențe ,
și
, respectiv. Pentru a simplifica sarcina, presupunem că circuitele de semnal și pompe nu au pierderi ohmice. Dacă una dintre surse (semnal sau pompă) este absentă, atunci componentele la frecvențele combinate din curentul care circulă prin condensatorul neliniar sunt absente. Curentul circuitului fără sarcină este zero. Sistemul se comportă ca un sistem reactiv, adică nu consumă în medie puterea sursei.

Dacă ambele surse sunt prezente, atunci componenta curentă apare la frecvența combinată
... Acest curent poate fi închis printr-un circuit deschis. Sarcina de pe circuitul inactiv consumă în medie putere. Părți active ale rezistențelor apar în circuitele de semnal și pompe. Semnificațiile și semnele lor sunt determinate de redistribuirea capacităților între surse. Să aplicăm unui sistem autonom (închis) din Fig. 6.10 legea conservării energiei: puterea medie (pe perioadele de oscilații corespunzătoare) a semnalului, pomparea și oscilațiile combinate sunt legate ca

(6.44)

Putere medie exprimată în termeni de energie alocate pentru perioada:

Unde
- frecvență.

Unde
,
și
, sau

Execuție (6.45) indiferent de selecția frecvenței și
posibil doar atunci când

(6.47)

În (6.47), trecem de la energii la puteri, obținem Ecuații Manley-Rowe:

(6.48)

Ecuațiile Manley-Rowe permit studierea legilor conversiei puterii în sistemele parametrice cu mai multe circuite. Să examinăm două cazuri tipice.

Câștig parametric convertit în sus. Lăsați să intre (6,48)
... Avem:

(6.49)

Puterea furnizată la sarcină este pozitivă, în timp ce puterea furnizată circuitului de către generator este negativă. De când în (6.49)
, atunci
și
(vezi fig. 6.11).

Ieșire. Dacă circuitul inactiv al amplificatorului parametric este reglat la frecvența combinațională
, apoi ambele surse - semnal și pompă, dau putere circuitului inactiv, unde este consumat în sarcină. pentru că
, atunci câștigul de putere este

(6.50)

Avantajul sistemului studiat este o astfel de stabilitate încât nu poate fi excitat la nici un semnal și puterea pompei. Dezavantaj - frecvența semnalului de ieșire este mai mare decât frecvența semnalului de intrare. În domeniul microundelor, acest lucru duce la dificultăți în procesarea semnalului.

Câștig parametric regenerativ. Lasa
,
... Apoi frecvența circuitului inactiv
, și
... Ecuațiile Manley-Rowe sunt:

(6.51)

Din prima ecuație din (6.51) rezultă că
și
... Aceasta înseamnă că o parte din puterea preluată de la generatorul pompei intră în circuitul de semnal. Adică sistemul are regenerare la frecvența semnalului. Puterea de ieșire poate fi extrasă atât din semnal, cât și din circuitul fără sarcină (vezi Fig. 6.12) ..

Câștigul sistemului nu poate fi determinat din ecuațiile (6.51). De la putere conține atât partea consumată de la generatorul de intrare, cât și partea rezultată din efectul de regenerare. În anumite condiții, aceste amplificatoare tind să se autoexcite. Apoi, puterea este eliberată în bucla de semnal chiar și în absența unui semnal util la intrare.

În Fig. 10.16. Primul, semnal, circuit este reglat la frecvența centrală a spectrului de semnal (frecvență de rezonanță), iar al doilea, circuit "inactiv" - la frecvența așternutului, care este destul de diferită de.

Frecvența de pompare este selectată din condiție

(10.43)

Atunci când alegeți o frecvență, se presupune că frecvența semnalului este în afara benzii de transparență a circuitului auxiliar. Dar frecvența combinațională trebuie să fie în afara benzii de funcționare a buclei de semnal.

Când aceste condiții sunt îndeplinite, va exista o singură tensiune de frecvență pe bucla de semnal și frecvențe pe bucla auxiliară. Considerând că amplitudinile acestor tensiuni sunt mici în comparație cu, este posibilă înlocuirea capacității neliniare, împreună cu generatorul pompei, cu o capacitate parametrică liniară variind cu frecvența, așa cum sa făcut în § 10.5.

Orez. 10.16. Amplificator parametric cu două frecvențe

Apoi, sub influența tensiunii semnalului în circuitul de capacitate variabilă, apare un curent (în plus față de alte componente care nu prezintă interes în acest caz)

[cm. 10.36)]. Aici .

Pe rezistența circuitului deschis, curentul creează o cădere de tensiune

Notăm EMF echivalent care acționează asupra capacității C, ca în § 8.16 [vezi. (8.99)], sub forma

Curentul de combinație datorat acestui EMF, prin analogie cu expresia (10.44), va fi

Rețineți că faza și frecvența pompei (este absentă în expresia (10.45)).

Ținând cont de relația de mai sus pentru ultima egalitate se poate scrie sub formă

După cum puteți vedea, în ceea ce privește circuitul de semnal, capacitatea neliniară, împreună cu generatorul pompei și circuitul inactiv, pot fi înlocuite cu conductivitate, ținând cont de curentul găsit.

Amplitudinea complexă a acestui curent

Amplitudinea complexă a tensiunii pe bucla de semnal. Prin urmare, conductanța care ocolește bucla de semnal va fi

(10.46)

unde este funcția conjugată complexă a funcției

Pentru rezonanță, atunci când, deci, rezistența circuitului auxiliar va fi și formula (10.46) ia forma

În circuitul echivalent prezentat în fig. 10.17, elementele situate în stânga liniei întrerupte corespund circuitului de semnal al amplificatorului, iar în dreapta, capacității neliniare împreună cu circuitul auxiliar. Circuitul rezultat este în esență același cu circuitul amplificatorului cu o singură buclă (vezi Figura 10.15). Singura diferență este în metoda de determinare a conductivității negative echivalente.

Detalii legate de definirea oscilațiilor combinate sunt oferite pentru a atrage atenția asupra următoarelor avantaje ale unui amplificator cu dublă buclă:

a) conductanța negativă echivalentă și, în consecință, amplificarea puterii nu depind de faza tensiunii pompei.

b) nu este necesară respectarea unui anumit raport între frecvenţe

Ambele proprietăți ale amplificatorului cu două bucle sunt explicate prin faptul că faza totală a curentului combinat în expresie (10.45), care determină natura conductibilității echivalente, este în esență diferența de fază a tensiunilor pompei. Prima dintre ele are forma și a doua (excluzând). Când se formează diferența, aceasta scade, iar diferența de frecvență coincide în orice caz cu frecvența semnalului (din moment).

Câștigul unui amplificator cu dublă buclă la o frecvență de rezonanță poate fi determinat dintr-o expresie similară cu formula (10.40):

unde se calculează prin formula (10.46), este conductivitatea sarcinii circuitului de semnal.

Când frecvența semnalului se abate de la frecvența de rezonanță și, în consecință, frecvența de la modulul de rezistență scade, ceea ce duce la o scădere a modulului și, în consecință, a factorului de amplificare a puterii.

Pe baza expresiei (10.46), puteți calcula răspunsul în frecvență și lățimea de bandă a amplificatorului cu dublă buclă.

Condiția de stabilitate pentru amplificator în acest caz poate fi scrisă sub formă

Luați în considerare balanța energetică într-un amplificator cu două frecvențe în funcție de raportul de frecvență Să fie date frecvența și puterea semnalului la intrarea amplificatorului. Deoarece odată cu creșterea frecvenței auxiliare, modulul valorii negative crește [vezi. (10.46)], apoi crește și el [vezi. (10.48)]. Puterea semnalului la ieșirea amplificatorului

Pentru a determina puterea necesară a generatorului pompei Pson, precum și puterea eliberată în circuitul auxiliar, folosim teorema Manley-Rowe. Pe baza expresiei (7.104), se pot scrie următoarele relații:

(Semnul minus din ultima expresie este omis, deoarece este evident că această putere este preluată de la generatorul pompei.) Raportul de putere este ilustrat în Fig. 10.18. Din această figură se poate observa că pe circuitul auxiliar este alocată mai multă putere decât pe cel de semnal. Astfel, deși puterea crește odată cu creșterea frecvenței, distribuția puterii preluate de la oscilatorul pompei se modifică în favoarea frecvenței. În ciuda acestui fapt, ele funcționează adesea în modul, deoarece atunci când amplifica un semnal slab, nu este gradul de utilizarea puterii contează, dar raportul de putere

Pentru a ilustra relațiile cantitative într-un amplificator parametric cu două frecvențe, vom da următorul exemplu.

Să fie necesar să se amplifice un semnal la o frecvență cu o lățime de spectru

Date inițiale ale primului circuit (semnal): impedanța caracteristică Ohm; rezistența internă a sursei de semnal, ocolind circuitul,; rezistenta la sarcina.

Datele inițiale ale celui de-al doilea circuit (reactiv): frecvența de rezonanță; impedanța caracteristică Ohm; rezistenta la sarcina.

Înainte de a calcula variația necesară a capacității varicap, găsim valoarea limită a conductibilității care poate fi conectată la circuitul de semnal pentru o lățime dată de spectru de semnal.

Factorul Q maxim al circuitului de semnal (la manevrare cu conductivitate negativă), evident, nu trebuie să depășească

Când conductivitatea rezultată ocolind primul circuit trebuie să fie cel puțin

În concluzie, să notăm principalele avantaje și dezavantaje ale amplificatorului parametric.

Un avantaj important al unui amplificator parametric este nivelul de zgomot relativ scăzut în comparație cu amplificatoarele cu tranzistori sau cu tuburi. În § 7.3 s-a observat că principala sursă de zgomot în amplificatoarele cu tranzistori și tuburi este efectul de împușcare cauzat de transferul haotic al sarcinilor discrete de electroni și găuri (într-un tranzistor). Într-un amplificator parametric, un efect similar are loc într-un dispozitiv care modulează un parametru. De exemplu, o schimbare a capacității unui varicap are loc din cauza mișcării electronilor și a găurilor. Cu toate acestea, intensitatea fluxului de purtători de energie electrică într-un varicap este de multe ori mai mică decât într-un tranzistor sau lampă. În cel din urmă, intensitatea fluxului determină direct puterea semnalului util eliberat în circuitul de sarcină, iar în varicap - doar efectul de modulare a parametrului. Slăbirea efectului efectului de împușcare este atât de semnificativă încât într-un amplificator parametric nivelul de zgomot este determinat în principal de zgomotul termic. În acest sens, este adesea folosită răcirea unei diode parametrice la 5 ... 10.

Dezavantajul unui amplificator parametric este complexitatea decuplării pompei și a circuitelor de semnal.

În circuitul prezentat în Figura 10.14, a, tipic pentru amplificatoarele parametrice din domeniul contorului, decuplarea se realizează folosind condensatoare de izolare și bobine de blocare. În domeniul microundelor, în care amplificatoarele parametrice sunt utilizate în mod special pe scară largă, este necesar să se recurgă la modele foarte complexe care combină într-un singur nod un circuit oscilator cu două frecvențe sub formă de rezonatoare goale, varicap și elemente speciale de decuplare (circulator, direcțional). cuplaj, absorbant, filtru barieră). Aceste probleme sunt abordate în cursuri speciale.

AMPLIFICATOR PARAMETRIC- un dispozitiv electronic, în care semnalul este amplificat de putere în detrimentul energiei externe. sursă (așa-numitul generator pompare), modificând periodic capacitatea sau inductanța elementului reactiv neliniar electr. circuite amplificatoare. P. la. aplica Ch. arr. în radioastronomie, spațiu îndepărtat. și comunicații prin satelit și radar ca un amplificator cu zgomot redus al semnalelor slabe care ajung la intrarea unui receptor radio, în principal. în domeniul cuptorului cu microunde. Cel mai adesea în P. la. parametric este folosit ca element reactiv. diodă semiconductoare (PPD). În plus, în domeniul microundelor se folosesc P. at., Funcționând pe lămpi cu fascicul de electroni, în zona frecvențelor joase (sunete) - P. at. cu feromagnet. element (ferită).
Naib. P.U. cu două frecvențe (sau cu dublu circuit) au devenit larg răspândite: în intervalul centimetrilor - amplificatoare regenerative cu păstrare a frecvenței (Fig., A), la unde decimetrice - amplificatoare - convertoare de frecvență (Fig., b)(cm. Generarea parametrică și amplificarea oscilațiilor electromagnetice)... Ca asistent, ei se leagănă. contur și balansare. circuit reglat la o frecvență auxiliară, sau „reactivă”, (care este cel mai adesea egală cu diferența sau suma frecvențelor semnalului și a generatorului pompei), în P. at. utilizați de obicei rezonatoare cu cavitate, în interiorul to-rykh au PPD.

Circuite echivalente ale amplificatoarelor parametrice: A- regenerativ; b- cu conversie de frecvență „în sus”; u in - semnal de intrare cu frecvență purtătoare f cu; u c - tensiunea pompei; u out - semnal de ieșire cu frecvență purtătoare f cu; altele :: - semnal de ieșire cu frecvență purtătoare ( f c + f n ); Tp 1 - transformator de intrare; Tr 2 - transformator de iesire; Tr n - transformator în circuitul pompei; D - dioda semiconductoare parametrica; L- bobina inductoare a circuitului oscilator acordată la frecvență ( f n - f cu); Fs, F cn, F n - filtre electrice cu impedanță scăzută, respectiv, la frecvențe f cu, ( f cu ± f n), f n și suficient de mare pentru toate celelalte frecvențe.

Folosesc generatoare de pompa diodă de avalanșă, diodă Gunn, multiplicator de frecvență varactor și reflectă mai rar. clistron. Frecvența de pompare și frecvența „inactiv” sunt alese în majoritatea cazurilor aproape de critice. frecvență f cr PPD (adică la frecvența la care P. at. încetează să se amplifice); în acest caz, frecvența semnalului ar trebui să fie mult mai mică f cr. Pentru a obține min. temperaturile de zgomot (10 - 20 K și mai puțin) sunt utilizate de P. at. răcit la temperatura azotului lichid (77 K), heliului lichid (4,2 K) sau intermediar (de obicei 15 - 20 K); la nerăcit P. la. temperatura de zgomot 20 - 500 K și mai mult. Cota maximă realizabilă. câştigul şi lăţimea de bandă a P. at. sunt determinate în principal. parametrii elementului reactiv. P. la. cu coeff. amplificarea puterii semnalului recepționat egală cu 10 - 30 dB și lățimi de bandă de 10 - 20% din frecvența purtătoare a semnalului.
P. la. sunt înlocuite de amplificatoare cu microunde cu tranzistori cu zgomot redus, atât răcite, cât și nerăcite, dar continuă să fie utilizate în domeniul undelor radio cu unde milimetrice, unde încă depășesc amplificatoarele cu tranzistori.