БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ БОЛЬШАЯ СОВЕТСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ, БСЭ
Навигация:

Библиотека DJVU
Photogallery

БСЭ

Статистика:


Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний

Значение слова "Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний" в Большой Советской Энциклопедии


Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний, метод возбуждения и усиления электромагнитных колебаний, в котором усиление мощности происходит за счёт энергии, затрачиваемой
Рис. 4. Схема двухконтурного параметрического усилителя.
на периодическое изменение величины реактивного параметра (индуктивности L или ёмкости С) колебательной системы. На возможность использования параметрических явлений для усиления и генерации электрических колебаний впервые указали Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси, однако практическое применение параметрический метод нашёл лишь в 50-е гг. 20 в., когда были созданы параметрические полупроводниковые диоды с управляемой ёмкостью и разработаны малошумящие параметрические усилители СВЧ.

  Рассмотрим принцип параметрического усиления и генерации на примере простейшей системы — колебательного контура, состоящего из постоянных сопротивления R, индуктивности L и ёмкости С, которая периодически изменяется во времени (рис. 1). При резонансе (, где wс — частота усиливаемого сигнала, w0 — собственная частота контура) заряд q на обкладках конденсатора изменяется по закону:

  q = q0sinwct = CQE0sinwct. (1)

  Здесь E0 — амплитуда сигнала,  —  добротность контура. Электростатическая энергия W, запасаемая в конденсаторе, равна:

  W = (q2/2C) = (q20/4C) (1-cos 2wct). (2)

  Из (2) видно, что W изменяется с частотой, равной удвоенной частоте сигнала. Если в момент, когда q = q0, ёмкость конденсатора С скачком изменить на DС (например, раздвинуть пластины конденсатора), то заряд q не успеет измениться, а энергия W изменится на величину (если DС/С << 1):

  DW = -WDC/C. (3)

  Отсюда следует, что результирующее увеличение энергии в контуре при периодическом изменении С максимально, если уменьшать ёмкость в моменты, когда q максимально, а возвращать величину емкости к исходному значению при q = 0. Это означает, что если изменять С с частотой wн = 2wс и с определённой фазой (рис. 2), то устройство, изменяющее С, как бы «накачивает энергию» в контур дважды за период колебаний. Если, наоборот, увеличивать С в моменты минимальных значений q, то колебания в контуре будут ослабляться. В более общем виде условие эффективной накачки имеет вид: wн= 2wс/n, где n = 1, 2, 3,... и т.д. При n = 1 С изменяется каждые четверть периода сигнала (Тс/4), при больших n—через время, равное nTc/2.

  Простейший одноконтурный параметрический усилитель обычно представляет собой колебательную систему, где ёмкость С изменяется в результате воздействия гармонического напряжения от генератора накачки на полупроводниковый параметрический диод, ёмкость которого зависит от величины приложенного к нему напряжения. Конструктивно параметрический усилитель СВЧ представляет собой «волноводный крест» (рис. 3); по одному из волноводов (см. Радиоволновод) распространяется. усиливаемый сигнал, по другому — сигнал накачки. В пересечении волноводов помещается параметрический диод. Коэффициент усиления по мощности приближённо равен:

  , (4)

  где m = (СмаксСмин)/(Смакс + Смин) называется глубиной изменения ёмкости. При (m/2) Q ® 1 коэффициент усиления неограниченно растет, при (m/2) Q ³ 1 система превращается в параметрический генератор (см. Параметрическое возбуждение колебаний). Основной недостаток одноконтурного параметрического усилителя — зависимость Кус от соотношения между фазами усиливаемого сигнала и сигнала накачки.

  Этого недостатка нет у параметрических усилителей, содержащих два контура и больше (рис. 4). В двухконтурном параметрическом усилителе частота и фаза колебаний во втором («холостом») контуре автоматически устанавливаются так, чтобы удовлетворить условиям эффективной накачки энергии. Если холостой контур настроен на частоту (w2 = wн — wс, то энергия накачки расходуется на усиление колебаний в обоих контурах. В этом случае K ~  и при  усилитель превращается в генератор. Такой усилитель называется регенеративным. Если усиленный сигнал снимается со второго контура регенеративного усилителя, то усилитель является также и преобразователем частоты. При w2 = wн + wс вся энергия накачки и энергия, накопленная в сигнальном контуре, переходят в энергию колебаний суммарной частоты wн + wс. Такой параметрический усилитель называется нерегенеративным усилителем-преобразователем. Он устойчив при любом m и имеет широкую полосу пропускания, но обладает малым Кус.

  Кроме периодического изменения ёмкости с помощью параметрических диодов, применяются и др. виды параметрического воздействия. Периодическое изменение индуктивности L осуществляют, используя изменение эквивалентной индуктивности у ферритов и сверхпроводников. Периодическое изменение ёмкости С получают, используя зависимость диэлектрической проницаемости диэлектриков от электрического поля, структуры металл — окисел — полупроводник (поверхностные варакторы) и др. методами (см. Криоэлектроника). В электроннолучевых параметрических усилителях используются нелинейные свойства электронного луча, модулированного по плотности.

  Наряду с резонаторными параметрическими усилителями применяются параметрические усилители бегущей волны. Электромагнитная волна сигнала, распространяясь по волноводу, последовательно взаимодействует с каждым из расположенных на пути параметрических диодов (или др. нелинейных элементов).

  Емкость диодов изменяется за счёт подводимой к резонаторам энергии накачки. При правильно подобранных частотах, длинах волн и направлении распространения волн накачки и сигнала усиление сигнала экспоненциально нарастает по мере его распространения вдоль цепочки диодов (рис. 5). В параметрических усилителях бегущей волны можно получить полосу частот, достигающую 25% несущей частоты (у резонаторных — несколько %).

 

  Лит.: Мандельштам Л. И., Полн. собр. трудов, т. 2, М.— Л,, 1947; Эткин В. С., Гершензон Е. М., Параметрические системы СВЧ на полупроводниковых диодах, М., 1964; Регенеративные полупроводниковые параметрические усилители (некоторые вопросы теории и расчета), М., 1965; Каплан А. Е., Кравцов Ю. А., Рылов В. А., Параметрические генераторы и делители частоты, М., 1966; Лопухин В. М., Рошаль А. С., Электроннолучевые параметрические усилители, М., 1968.

  В. И. Зубков.

Рис. 4. Схема двухконтурного параметрического усилителя.
Рис. 4. Схема двухконтурного параметрического усилителя.


Рис. 2. Связь между изменением напряжения на ёмкости и изменением величины ёмкости: а) напряжение усиливаемого сигнала на конденсаторе, когда величина ёмкости не меняется; б) увеличение напряжения сигнала на конденсаторе в процессе параметрического усиления; в) изменение ёмкости в процессе параметрического усиления; Тс и Тн — периоды колебаний усиливаемого сигнала и сигнала накачки.
Рис. 2. Связь между изменением напряжения на ёмкости и изменением величины ёмкости: а) напряжение усиливаемого сигнала на конденсаторе, когда величина ёмкости не меняется; б) увеличение напряжения сигнала на конденсаторе в процессе параметрического усиления; в) изменение ёмкости в процессе параметрического усиления; Тс и Тн — периоды колебаний усиливаемого сигнала и сигнала накачки.


C0, когда пластины конденсатора сдвинуты (сплошные линии), и C1, когда они раздвинуты (пунктир)." href="a_pictures/18/10/219833780.jpg">Рис. 1. Контур с периодически меняющейся ёмкостью С. Величина ёмкости равна <a href=C0, когда пластины конденсатора сдвинуты (сплошные линии), и C1, когда они раздвинуты (пунктир)." title="Рис. 1. Контур с периодически меняющейся ёмкостью С. Величина ёмкости равна C0, когда пластины конденсатора сдвинуты (сплошные линии), и C1, когда они раздвинуты (пунктир)." src="a_pictures/18/10/th_219833780.jpg">
Рис. 1. Контур с периодически меняющейся ёмкостью С. Величина ёмкости равна C0, когда пластины конденсатора сдвинуты (сплошные линии), и C1, когда они раздвинуты (пунктир).

Рис. 3. Одноконтурные параметрические усилители.
Рис. 3. Одноконтурные параметрические усилители.


Рис. 5. Параметрический усилитель бегущей волны.
Рис. 5. Параметрический усилитель бегущей волны.


В Большой Советской Энциклопедии рядом со словом "Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний"

Параметрическое бурение | Буква "П" | В начало | Буквосочетание "ПА" | Параметрическое возбуждение колебаний


Статья про слово "Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 3078 раз


Интересное