Підсилювачі електричних сигналів параметричне посилення. Двоконтурний параметричний підсилювач

параметричний підсилювач

радіоелектронний пристрій, в якому посилення сигналу по потужності здійснюється за рахунок енергії зовнішнього джерела(Так званого генератора накачування), періодично змінює ємність або індуктивність нелінійного реактивного елементу електричного колапідсилювача. П. у. застосовують головним чином в радіоастрономії (Див. Радіоастрономія), далекого космічного і супутникового зв'язку і радіолокації (Див. Радіолокація) як малошумний підсилювач слабких сигналів, Що надходять на вхід радіоприймального пристрою, переважно в діапазоні СВЧ. Найчастіше в П. у. в якості реактивного елемента використовують Параметричний напівпровідниковий діод (ППД). Крім того, в діапазоні СВЧ застосовують П. у., Що працюють на електронно-променевих лампах, а в області низьких (звукових) частот П. у. з феромагнітним (феритовим) елементом.

Найбільшого поширення набули двочастотні (або двоконтурні) П. у .: в сантиметровому діапазоні - регенеративні «відбивні підсилювачі із збереженням частоти» ( Мал. , А), на дециметрових хвилях - підсилювачі - перетворювачі частоти ( Мал. , Б) (див. Параметричне збудження і посилення електричних коливань). Як приймального коливального контуру і коливального контуру, що настроюється на допоміжну, або «холосту», частоту (рівну найчастіше різниці або сумі частот сигналу і генератора накачування), в П. у. зазвичай використовують об'ємні резонатори (Див. Об'ємний резонатор) , всередині яких мають ППД. В генераторах накачування застосовують Лавинно-пролітний напівпровідниковий діод, Ганна діод, варактор

ний Умножитель частоти і рідше відбивний Клістрон. Частота накачування і «неодружена» частота вибираються в більшості випадків близькими до критичної частоті f kp ППД (т. е. до частоти, на якій П. у. перестає посилювати); при цьому частота сигналу повинна бути значно меншою f kp. Для отримання мінімальних шумових температур (Див. Шумова температура) (10-20 К і менш) застосовують П. у., Що охолоджуються до температур рідкого азоту (77 К), рідкого гелію (4,2 К) або проміжних (зазвичай 15-20 К); у неохолоджуваних П. у. шумова температура 50-100 К і більш. Максимально досяжні коефіцієнт посилення і смуга пропускання П. у. визначаються в основному параметрами реактивного елемента. Реалізовано П. у. з коефіцієнтами посилення потужності сигналу, рівними 10-30 дб,і смугами пропускання, складовими 10-20% несучої частоти (Див. Несуча частота) сигналу.

Літ .:Еткин В. С., Гершензон Е. М., Параметричні системи СВЧ на напівпровідникових діодах, М .. 1964; Лопухін В. М., Рошаль А. С., Електроннопроменеві параметричні підсилювачі, М., 1968; СВЧ - напівпровідникові прилади і їх вживання, пер. з англ., М., 1972; Копилова К. Ф., Терпугов Н. В., Параметричні ємкісні підсилювачі низьких частот, М., 1973; Penfield P., Rafuse R., Varactor applications, Camb. (Mass.), 1962.

В. С. Еткин.

Еквівалентні схеми параметричних підсилювачів: а - регенеративного; б - «з перетворенням частоти вгору»; u вх - вхідний сигнал з частотою f c, u н - напруга «накачування»; u вих1 - вихідний сигнал з частотою f c; u вих2 - вихідний сигнал з частотою (f c + f н); Tp 1 - вхідний трансформатор; Тр 2 - вихідний трансформатор; Тр 2 - трансформатор в ланцюзі «накачування»; Д - параметричний напівпровідниковий діод; L - котушка індуктивності коливального контуру, налаштованого на частоту (f c + f н); Ф с, Ф сн, Ф н - електричні фільтри, що мають мале повне опір відповідно при частотах f c, (f c + f н), f н і чимале при всіх інших частотах.

Велика радянська енциклопедія. - М .: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .

Дивитися що таке "Параметричний підсилювач" в інших словниках:

Радіоелектронноеустройство, в до ром посилення сигналу по потужності здійснюється за счётенергіі зовн. джерела (т. н. генератора накачування), періодіческіізменяющего ємність або індуктивність нелінійного реактивного елементаелектріч. ланцюга підсилювача ... фізична енциклопедія

Великий Енциклопедичний словник

параметричний підсилювач- - Тематики електрозв'язок, основні поняття EN parametric amplifier ...

Підсилювач електричних коливань, в якому основним (підсилювальним) елементом найчастіше служить варікап. Порівняно з звичайними підсилювачамимає суттєво нижчий рівень власних шумів. Застосовується для посилення слабких сигналів ... ... енциклопедичний словник

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

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

Підсилювач електричні. сигналів, в до ром потужність сигналу збільшується за рахунок енергії джерела, періодично змінює значення реактивного параметра системи (зазвичай ємності). П. у. відрізняється дуже малим рівнем внутр. шумів. Використовується в… … Великий енциклопедичний політехнічний словник

параметричний підсилювач світла- parametrinis šviesos stiprintuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. light parametric amplifier vok. Lichtparameterverstärker, m rus. параметричний підсилювач світла, m pranc. amplificateur paramétrique de lumière, m ... Radioelektronikos terminų žodynas

електронно-променевої параметричний підсилювач- ЕПП Прилад СВЧ на швидкій циклотронної хвилі, в якому посилення поперечної кінетичної енергії електронного потоку здійснюється в резонаторі накачування, розташованому між вхідним і вихідним пристроями зв'язку. [ГОСТ 23769 79] Тематики прилади ... ... Довідник технічного перекладача

Електронно променевої параметричний підсилювач- 61. Електронно променевої параметричний підсилювач ЕПП Electron beam parametric amplifier Прилад СВЧ на швидкій циклотронної хвилі, в якому посилення поперечної кінетичної енергії електронного потоку здійснюється в резонаторі накачування, ... ... Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

Розглянемо конденсатор зі змінною ємністю

,

мінливої ​​під дією напруги накачування u н(t) = U н cos ( w н t). Нехай до цього конденсатору прикладена змінна напруга u З(t) = U 1 cos ( w 1 t + j), Тоді ємнісний струм складе

Таким чином, в спектрі струму є компоненти з частотами w 1 , w н + w 1 і w н - w 1. Ці частоти можна виділити за допомогою досить високодобротних контурів, налаштованих на частоти w 1 і w 2 = w н ± w 1 і пов'язаних загальної нелінійної ємністю (рис. 65).

опірвтрат в першому контурі буде R 1 = R" 1 ||R i(де R i- внутрішній опір джерела сигналу). Нехай цей контур налаштований на частоту близьку до частоти підсилюється сигналу, т. Е. n 1 » w 1. Відповідно, другий контур L 2 C 2 R 2 налаштований на частоту w 2 = w н ± w 1 (n 2 » w 2). Розглянемо випадок, коли парціальні частоти n 1 і n 2 контурів далекі один від одного так, що зв'язаність мала. В цьому випадку нормальні частоти близькі до парціальним (зрушення між парціальної та відповідної нормальної частотами невеликий і ми можемо вважати, що він лежить в смузі пропускання контурів, т. Е. Кожен контур резонує на своїй власній частоті). Таким чином, свою частоту контур різко посилить, інші послабить.

При досить високій добротності контурів опору кожного контуру для частот, далеких від його парціальної частоти, практично дорівнюють нулю. Таким чином, контур є активним навантаженням лише в невеликій області частот поблизу своєї парціальної частоти. У розглянутій нами схемою в основному контурі активна потужність може виділятися тільки на частоті w 1, а в додатковому - на одній з частот w 2 = w н ± w 1. Таким чином, раз ми в кожному контурі можемо спостерігати тільки за однією частотою, то для цих частот запишемо рівняння гармонійного балансу

(7.20)

Нехай в якості нелінійної ємності узятий варікап. Тоді, як відомо,

.

оскільки u C = u 1 + u н - u 2, тоді в рамках гармонійного балансу ми повинні покласти u н = A н cos ( w н t), u 1 = A 1 cos ( w 1 t + y 1), u 2 = A 2 cos ( w 2 t + y 2) (фази y 1 і y 2 відрахувати від напруги накачування). Підставляючи ці вирази в вираз для заряду, отримаємо співвідношення для складових заряду на ємності Cна частотах w 1 і w 2:

У цьому випадку рівняння гармонійного балансу (7.20) при впливі гармонійного сигналу i 1 = I 1 cos ( w 1 t + j) Набирає вигляду:

Трохи спростимо ці вирази, ввівши парціальні частоти n 1 і n 2, расстройки x 1 і x 2, добротності Q 1 і Q 2 контурів підсилювача:

,  ;  ,  ;

,  .

Тоді в цих позначеннях рівняння (7.21) набуде вигляду

Отримане співвідношення має виконуватися в будь-який момент часу, тому в ньому слід прирівняти в правій і лівій частинах коефіцієнти при cos ( w 1 t + y 1) і sin ( w 1 t + y 1). Покладемо в правій частині j = y 1 + (j - y 1); ± y 2 = y 1 + (± y 2 - y 1), тоді після простих тригонометричних перетворень правій частині, отримаємо

Зведено в квадрат (7.25) і (7.26) і складемо, тоді можна отримати

Нагадаємо, що верхній знак відповідає випадку w 2 = w н + w 1, а нижній - w 2 = w н - w 1. Отриманий вираз показує, що амплітуда параметричного підсилювача з низькочастотної накачуванням ( w н = w 2 - w 1) істотно відрізняється від амплітуди підсилювача з високочастотної накачуванням ( w н = w 2 + w 1). Розглянемо тепер окремо кожен з цих випадків.

У першому випадку (при перетворенні вгору) точний максимальний сигнал буде досягнутий в результаті точної настройки контурів, т. Е. x 1 = x 2 = 0. У цьому випадку амплітуди коливань в першому і другому контурах:

,  .	(7.29)
Мал. 66. Залежність амплітуд A 1 і A 2 від амплітуди накачування A нпри точній настройці контурів підсилювача.	На рис. 66 зображена залежність A 1 і А 2 від А нпри точній настройці контурів підсилювача. З малюнка видно, що амплітуда коливань в першому контурі монотонно зменшується у міру збільшення амплітуди накачування. Таким чином, в цьому випадку посилення сигналу в першому контурі не відбувається. Однак, амплітуда коливань у другому контурі, пропорційна амплітуді вхідного сигналу при Ан< A 0 росте з ростом А н. Тому в системі можливе посилення з перетворенням частоти вгору, якщо в якості

вихідного сигналу використовувати коливання в другому контурі підсилювача. Такий підсилювач є нерегенеративного параметричних підсилювачем з перетворенням частоти вгору. Визначимо коефіцієнт його посилення за проектною потужністю. Під коефіцієнтом посилення по потужності будемо розуміти відношення потужності на виході підсилювача до потужності вхідного сигналу, що виділяється на узгодженому навантаженні. Якщо втрати першого контуру досить малі і R i << R"1, то R 1 » R i і джерело вхідного сигналу i 1 віддає в узгоджене навантаження мощностьn 1 = n 2. Таким чином, збільшення по потужності пов'язане лише зі збільшенням частоти квантів, а не їх числа, тому шуми такого підсилювача мінімальні і він досить стійкий.

Підсилювач ж з перетворенням частоти вниз ( w 2 = w н - w 1) є звичайним регенеративним підсилювачем і не дає ніяких переваг в порівнянні з регенеративним режимом одноконтурного підсилювача.

Було з'ясовано, що при певних умовах параметричні елементи здатні грати роль активних елементів в ланцюзі. Це дозволяє на їх основі створювати параметричні підсилювачі, Які мають низький рівень власних шумів, так як в них немає шуму струму за рахунок дробового ефекту. Параметричні підсилювачі в основному застосовують в СВЧ-діапазоні як вхідні каскади радіоприймальних пристроїв з високою чутливістю.

У 50-х роках 20 століття був сконструйований перший напівпровідникові параметричні діоди ( варактори). Параметрично керовані нелінійні ємності і індуктивності вивчалися в п. 2.3.

Одноконтурний параметричний підсилювач.Принципова схема такого підсилювача показана на рис. 6.8, а, а еквівалентна - на рис. 6.8, б.

Залежність параметричної ємності від гармонійного сигналу накачування на частоті
:

провідність
вноситься в еквівалентну схему підсилювача параметричних зміною ємності сигналом накачування. Вхідний сигнал - генератор гармонійного струму з амплітудою , частотою і внутрішньої провідністю
.,
- провідність навантаження. Для реалізації параметричного посилення з максимальним виділенням потужності на провідності навантаження треба виконати умови:

(6.27)

де
;

(6.29)

так як амплітуда напруги на затискачах генератора дорівнює, а в навантаженні виділяється активна потужність
.

Якщо сигналу накачування немає, то в навантаженні виділяється потужність

(6.30)

причому
, так як
.

Номінальним коефіцієнтом посилення потужностіпараметричного підсилювача називається величина

(6.31)

наприклад, якщо
див,
Див, то.

Критичне значення вноситься негативною провідності, коли параметричний підсилювач втрачає стійкість і самовозбуждается,

(6.32)

В умовах (6.32) негативна провідність варактора повністю компенсує суму провідностей вхідного генератора і навантаження. Параметричний підсилювач працює стійко, якщо
, якщо ж
, То підсилювач самовозбуждается і перетворюється в параметричний автогенератор.

Нехай фазові співвідношення коливань вхідного сигналу і накачування оптимальні так, що в (6.27)
. Тоді з (6.27) і (6.32) знаходимо критичну глибину модуляції параметричної ємності сигналом накачування:

(6.33)

Розглянемо параметричне посилення в режимі розладу. Умова синхронізму:
, Точно виконати практично неможливо. нехай
- расстройка частоти вхідного сигналу, тобто
. якщо
, То підсилювач працює в асинхронному режимі.Тоді величина фазового зсуву
, Яка визначає вноситься в контур провідність, залежить від часу :. Внесене опір змінюється як

(6.34)

періодично міняючи знак на протилежний згодом.

В результаті спостерігаються глибокі зміни рівня вихідного сигналу, подібні биття. Даний недолік перешкоджає застосуванню одноконтурних підсилювачів на практиці.

Двоконтурний параметричний підсилювач.Від зазначеного недоліку вільний двоконтурний параметричний підсилювач, Схема якого показана на рис. 6.9.

Підсилювач складається з двох коливальних контурів, один з яких налаштований на частоту . Цей контур називається сигнальним.Інший контур, званий холостим,налаштований на холосту частоту
. Зв'язок між контурами досягається за допомогою параметричної ємності варактора. Сигнал накачування змінює параметричну ємність за гармонійним законом на частоті накачування
:

Обидва коливальних контура - сигнальний і холостий - високодобротні. Тому в стаціонарному режимі напруги на цих контурах - приблизно гармонійні:

(6.36)

Згідно рис. 6.9, напруга на варакторов
. Тоді струм через варактор

(6.37)

Так як, то спектр сигналу (6.37) містить складові на частоті сигналу
, На холостий частоті
, А також на комбінаційних частотах
і
. Варактор і холостий контур, під'єднані послідовно до сигнального контуру, можна замінити на еквівалентній схемі провідністю, що вноситься в сигнальний контур. Щоб знайти цю провідність, треба виділити в (6.37) складову струму на частоті сигналу:

В (6.38) перший доданок зрушено щодо напруги
по фазі на
. Тому за рахунок нього немає внесення активної провідності в сигнальний контур. Другий доданок на частоті сигналу пропорційно амплітуді
напруги на холостому контурі. знайдемо величину
. Для цього виділимо в струмі варактора (6.37) корисну складову на холостий частоті, пропорційну
:

(6.39)

нехай
- резонансне опір холостого контуру. Напруга на ньому, викликане коливаннями на частоті
,

звідки, зіставляючи з другим виразом в (6.36), отримуємо:

(6.41)

Підставами вираження (6.41) у другий доданок в (6.38). Отримаємо вираз корисної складової струму на частоті сигналу за рахунок впливу варактора і холостого контуру:

Провідність, яку вносить в сигнальний контур послідовним з'єднанням варактора і холостого контуру,

(6.43)

виявляється активної і негативною.

Далі можна розрахувати номінальний коефіцієнт посилення двоконтурного параметричного підсилювача по формулі (6.31). Аналіз стійкості роботи двоконтурного підсилювача проводять так само, як і для одноконтурного підсилювача. Порівняємо між собою вираз

(6.27)

для одноконтурного підсилювача і (6.43) - для двоконтурного підсилювача, отримаємо, що в двоконтурних підсилювачі яку вносить провідність, на відміну від одноконтурного підсилювача, не залежить від початкових фаз вхідного сигналу і накачування. Крім того, двоконтурний підсилювач, на відміну від одноконтурного підсилювача, некритичний до вибору частот сигналу і накачування
. Вноситься провідність буде негативна, якщо
.

Висновок.Двоконтурний підсилювач здатний працювати при довільному співвідношенні частот сигналу і накачування незалежно від початкових фаз цих коливань. Цей ефект обумовлений використанням допоміжних коливань, що виникають на одній з комбінаційних частот.

Баланс потужностей в багатоконтурних параметричнихсистемах. Нечутливість до фазовим соотношеніямпозволяет вивчати: багатоконтурні параметричні системи на основі енергетичних співвідношень. Еквівалентна схема двоконтурного параметричного підсилювача показана на рис. 6.10.

Тут паралельно нелінійної ємності
включені три двухполюсника. Два з них містять джерела сигналу і накачування, а третій утворює холостий контур, налаштований на комбінаційну частоту
, де
і - цілі числа. Кожен з трьох двухполюсников містить вузькосмуговий фільтр, налаштований на частоти ,
і
, Відповідно. Спрощуючи завдання, вважаємо, що ланцюга сигналу і накачування не мають омических втрат. Якщо одного з джерел (сигналу або накачування) немає, то складові на комбінаційних частотах в струмі, що протікає через нелінійний конденсатор, відсутні. Струм холостого контуру дорівнює нулю. Система поводиться як реактивна, тобто в середньому не споживає потужності джерела.

Якщо є обидва джерела, то з'являються складова струму на комбінаційної частоті
. Цей струм може замикатися через холостий контур. Навантаження холостого контуру в середньому споживає потужність. У ланцюгах сигналу і накачування з'являються активні частини опорів. Їх значення і знаки визначаються перерозподілом потужностей між джерелами. Застосуємо до автономної (замкнутої) системі рис. 6.10 закон збереження енергії: середні (за періодами відповідних коливань) потужності сигналу, накачування і комбінаційних коливань пов'язані як

(6.44)

Середня потужність виражається через енергію , Що виділяється за період:

де
- частота.

де
,
і
, або

Виконання (6.45) незалежно від вибору частот і
можливо лише тоді, коли

(6.47)

В (6.47) перейдемо від енергій до потужностей, отримаємо рівняння Менлі-Роу:

(6.48)

Рівняння Менлі-Роу дозволяють вивчати закономірності перетворення потужностей в багатоконтурних параметричних системах. Вивчимо два характерних випадку.

Параметричне посилення з перетворенням частоти "вгору".Нехай в (6.48)
. маємо:

(6.49)

Потужність, що виділяється в навантаженні, - позитивна, а потужність, що віддається в ланцюг генератором, - негативна. Так як в (6.49)
, то
і
(Див. Рис. 6.11).

Висновок.Якщо холостий контур параметричного підсилювача налаштований на комбінаційну частоту
, То обидва джерела - сигналу і накачування, віддають потужність холостому контуру, де вона споживається в навантаженні. Так як
, То коефіцієнт посилення потужності

(6.50)

Гідність досліджуваної системи - така стійкість, що вона не може збудитися за жодних потужностях сигналу і накачування. Недолік - частота вихідного сигналу вище частоти вхідного сигналу. У СВЧ діапазоні це призводить до труднощів при обробці сигналу.

Регенеративне параметричне посилення.нехай
,
. Тоді частота холостого контуру
, і
. Рівняння Менлі-Роу мають вигляд:

(6.51)

З першого рівняння в (6.51) випливає, що
і
. Значить, деяка частина потужності, що відбирається від генератора накачування, надходить в сигнальний контур. Тобто, в системі має місце регенерація на частоті сигналу.Вихідну потужність можна витягти як з сигнального, так і з холостого контуру (див. Рис. 6.12) ..

З рівнянь (6.51) можна визначити коефіцієнт посилення системи. Так як потужність містить в собі як частина, споживану від вхідного генератора, так і частина, що виникає за рахунок ефекту регенерації. При певних умовах в таких підсилювачах є схильність до самозбудження. Тоді в сигнальному контурі виділяється потужність навіть за відсутності корисного сигналу на вході.

Принципова схема двухчастотного або, як його часто називають, двоконтурного підсилювача зображена на рис. 10.16. Перший, сигнальний, контур налаштовується на центральну частоту спектра сигналу (резонансна частота), а другий, «холостий», контур - на частоту сміття, досить сильно відрізняється від.

Частота накачування вибирається з умови

(10.43)

При виборі частоти виходять з умови, що частота сигналу знаходиться поза смуги прозорості допоміжного контуру. Але комбінаційна частота повинна знаходитися поза робочою смугою сигнального контуру.

При виконанні цих умов на сигнальному контурі буде існувати лише одне напруга частоти, а на допоміжному контурі - частоти. Вважаючи амплітуди цих напруг малими в порівнянні з можна замінити нелінійну ємність, спільно з генератором накачування, лінійної параметричної ємністю, що змінюється з частотою, як це було зроблено в § 10.5.

Мал. 10.16. Двочастотний параметричний підсилювач

Тоді під впливом напруги сигналу в ланцюзі змінної ємності виникає (крім інших складових, які не становлять в даному випадку інтересу) струм

[См. 10.36)]. Тут.

На опорі холостого контуру струм створює падіння напруги

Еквівалентну ЕРС, що впливає на ємність С запишемо, як і в § 8.16 [см. (8.99)], у формі

Комбінаційний ток обумовлений цієї ЕРС, за аналогією з виразом (10.44) буде

Зауважимо, що фаза накачування і частота (він у натуральному вираженні (10.45) відсутні.

З урахуванням наведеного вище співвідношення для останню рівність можна записати у формі

Як бачимо, по відношенню до сигнального контуру нелінійна ємність разом з генератором накачування і холостим контуром може бути заміщена провідністю, що враховує знайдений струм

Комплексна амплітуда цього струму

Комплексна амплітуда напруги на сигнальному контурі Отже, провідність, шунтирующая сигнальний контур, буде

(10.46)

де - функція комплексно-сполучена функції

Для резонансу, коли отже, опір допоміжного контуру буде і формула (10.46) набуває вигляду

На схемі заміщення, представленої на рис. 10.17, елементи, розташовані зліва від штриховий лінії, відповідають сигнальному контуру підсилювача, а праворуч - нелінійної ємності разом з допоміжним конт ром. Отримана схема по суті збігається зі схемою одноконтурного підсилювача (див. Рис. 10.15). Різниця лише в способі визначення еквівалент ної негативної провідності.

Подробиці, пов'язані з визначенням комбінаційних коливань і наведені з метою залучення уваги до наступних переваг двоконтурного підсилювача:

а) еквівалентна негативна провідність, а отже, і посилення потужністю не залежать від фази напруги накачування.

б) не потрібно дотримання певного співвідношення між частотами

Обидва ці властивості двох контурного підсилювача пояснюються тим, що повна фаза комбінаційного струму в вираженні (10.45), що визначає характер еквівалентної провідності по суті є різницею фаз напруг накачування. Перша з них має вигляд а друга (без урахування). При утворенні різниці випадає, а різницева частота в будь-якому випадку збігається з частотою сигналу (оскільки).

Коефіцієнт посилення двоконтурного підсилювача при резонансній частоті можна визначити з виразу, аналогічного формулою (10.40):

де обчислюється за формулою (10.46), - провідність навантаження сигнального контуру.

При відхиленні частоти сигналу від резонансної частоти і відповідно частоти від модуль опору зменшується, що призводить до зменшення модуля і, отже, коефіцієнта посилення потужності.

Грунтуючись на виразі (10.46), можна обчислити АЧХ і смугу пропускання двоконтурного підсилювача.

Умова стійкості підсилювача в даному випадку можна записати у формі

Розглянемо енергетичний баланс в двохчастотному підсилювачі в залежності від співвідношення частот Нехай задані частота і потужність сигналу на вході підсилювача. Так як з підвищенням допоміжної частоти модуль негативної величини збільшується [см. (10.46)], то і також зростає [см. (10.48)]. Потужність сигналу на виході підсилювача

Для визначення необхідної потужності генератора накачування Рсон, а також потужності виділяється у допоміжному контурі, скористаємося теоремою Менлі-Роу. На підставі виразу (7.104) можна записати наступні співвідношення:

(Знак мінус в останньому виразі опущений, так як очевидно, що ця потужність відбирається від генератора накачування.) Співвідношення потужностей ілюструється рис. 10.18. З цього малюнка видно, що на допоміжному контурі виділяється потужність, більша, ніж на сигнальному. Таким чином, хоча з підвищенням частоти потужність і росте, розподіл потужності, що відбирається від генератора накачування, змінюється на користь частоти Незважаючи на це, часто працюють в режимі так як при посиленні слабкого сигналу основне значення має не ступінь використання потужності, а відношення потужності

Для ілюстрації кількісних співвідношень в двохчастотному параметричної підсилювачі наведемо такий приклад.

Нехай потрібно здійснити посилення сигналу на частоті при ширині спектра

Вихідні дані першого (сигнального) контуру: характеристичний опір Ом; внутрішній опір джерела сигналу, шунтуючі контур,; опір навантаження.

Вихідні дані другого (холостого) контуру: резонансна частота; характеристичний опір Ом; опір навантаження.

Перш ніж обчислювати необхідну варіацію ємності варикапа, знайдемо граничну величину провідності яку можна підключати до сигнального контуру при заданій ширині спектра сигналу

Максимальна добротність сигнального контуру (при шунтуванні негативною провідністю), очевидно, не повинна перевищувати

При результуюча провідність, шунтирующая перший контур, повинна бути не менше

На закінчення відзначимо основні переваги та недоліки параметричного підсилювача.

Важливою перевагою параметричного підсилювача є відносно низький рівень шумів в порівнянні з транзисторними або ламповими підсилювачами. У § 7.3 зазначалося, що головним джерелом шумів в транзисторному і ламповому підсилювачах є дробовий ефект, обумовлений хаотичним перенесенням дискретних зарядів електронів і дірок (в транзисторі). В параметричному підсилювачі аналогічний ефект має місце в приладі, що здійснює модуляцію параметра. Наприклад, зміна ємності варикапа відбувається за рахунок переміщень електронів і дірок. Однак інтенсивність потоку носіїв електрики в варикапа в багато разів менше, ніж в транзисторі або лампі. В останніх інтенсивність потоку визначає безпосередньо потужність корисного сигналу, що виділяється в ланцюзі навантаження, а в варикапа - всього лише ефект модуляції параметра. Ослаблення впливу дробового ефекту настільки значно, що в параметричному підсилювачі рівень шумів визначається в основному тепловими шумами. У зв'язку з цим часто застосовують охолодження параметричного діода до 5 ... 10.

Недоліком параметричного підсилювача є складність розв'язки ланцюгів накачування і сигналу.

У схемі, представленої на малюнку 10.14, а, характерною для параметричних підсилювачів метрового діапазону, розв'язка здійснюється за допомогою розділових конденсаторів і блокувальних дроселів. У діапазоні СВЧ, на яких особливо широко застосовуються параметричні підсилювачі, доводиться вдаватися до вельми складних конструкцій, що поєднує в одному вузлі двочастотних коливальний ланцюг у вигляді порожніх резонаторів, варікап і спеціальні елементи розв'язки (циркулятор, спрямований ответвитель, поглинач, загороджувальний фільтр). Ці питання розглядаються в спеціальних курсах.

Параметричний підсилювач- радіоелектронний пристрій, в к-ром посилення сигналу по потужності здійснюється за рахунок енергії зовн. джерела (т. н. генератора накачування), Періодично змінює ємність або індуктивність нелінійного реактивного елементу електричні. ланцюга підсилювача. П. у. застосовують гл. обр. в радіоастрономії, далекою космич. і супутникового зв'язку і радіолокації як малошумливий підсилювач слабких сигналів, що надходять на вхід радіоприймального пристрою, переважно. в СВЧ-діапазоні. Найчастіше в П. у. в якості реактивного елемента використовують параметріч. напівпровідниковий діод (ППД). Крім того, в СВЧ-діапазоні застосовують П. у., Що працюють на електронно-променевих лампах, в області низьких (звукових) частот - П. у. з ферромагн. (Феритовим) елементом.
Наїб. поширення набули двочастотні (або двоконтурні) П. у .: в сантиметровому діапазоні - регенеративні підсилювачі зі збереженням частоти (рис., а), На дециметрових хвилях - підсилювачі - перетворювачі частоти (рис., б) (Див. Параметрична генерація і посилення електромагнітних коливань). Як приймального колебат. контуру і колебат. контуру, що настроюється на допоміжну, або "холосту", частоту (рівну найчастіше різниці або сумі частот сигналу і генератора накачування), в П. у. зазвичай використовують об'ємні резонатори, Всередині яких брало розташовують ППД.

Еквівалентні схеми параметричних підсилювачів: а- регенеративного; б- з перетворенням частоти "вгору"; uвх - вхідний сигнал з частотою fс; uв - напруга накачування; uвих - вихідний сигнал з частотою fс; інших :: - вихідний сигнал з частотою ( f c + fн ); Tp 1 - вхідний трансформатор; Тр 2 - вихідний трансформатор; Тр н - трансформатор в ланцюзі накачування; Д - параметричний напівпровідниковий діод; L- котушка індуктивності коливального контуру, налаштованого на частоту ( fн - fс); Фс, Ф CН, Ф н - електричні фільтри, що мають мале повне опір відповідно при частотах fс, ( fз ± fн), fн і чимале при всіх інших частотах.

В генераторах накачування застосовують лавинно-пролітний діод, Ганна діод, Варакторних умножитель частоти і рідше отражат. клістрон. Частота накачування і "неодружена" частота вибираються в більшості випадків близькими до критичного. частоті fкр ППД (т. е. до частоти, на к-рій П. у. перестає посилювати); при цьому частота сигналу повинна бути значно меншою fкр. Для отримання хв. шумових темп-р (10 - 20 К і менш) застосовують П. у., що охолоджуються до темп-р рідкого азоту (77 К), рідкого гелію (4,2 К) або проміжних (зазвичай 15 - 20 К); у неохолоджуваних П. у. шумова темп-ра 20 - 500 К і більш. Максимально досяжні коеф. посилення і смуга пропускання П. у. визначаються в осн. параметрами реактивного елемента. Реалізовано П. у. з коеф. посилення потужності сигналу, що дорівнюють 10 - 30 дБ, і смугами пропускання, складовими 10 - 20% несучої частоти сигналу.
П. у. витісняються транзисторними малошумящими СВЧ-підсилювачами, як охолоджуваними, так і неохолоджуваними, проте продовжують використовуватися в міліметровому діапазоні радіохвиль, де вони все ще перевершують транзисторні підсилювачі.