ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЦИЯ И УСИЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЦИЯ И УСИЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЦИЯ И УСИЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

- генерация и усиление эл.-магн. колебаний за счёт работы, совершаемой внеш. источниками при периодич. изменении во времени реактивных параметров колебат. системы (ёмкости С и индуктивности L). П. г. и у. э. к. основаны на явлении параметрического резонанса.
Простейший параметрич. генератор представляетсобой колебат. контур, в к-ром С или L меняются периодическиоколо нек-рых ср. значений С 0 и L0 счастотой 15036-33.jpgгде 15036-34.jpg- частота собств. колебаний контура с пост. параметрами. Если, напр., ёмкостьизменяется синусоидально:

15036-35.jpg

где т =( С макс- С мин)/( С макс + С мин)- глубина модуляции ёмкости, то при 15036-36.jpg(Q15036-37.jpg1 - добротность контура) энергетпч. потери за период колебаний меньшеэнергии, поступающей от накачки, и в контуре в результате неустойчивостивозникает самовозбуждение колебаний с последующим установлением стационарногорежима генерации (мягкий режим возбуждения). При значит. отстройке 15036-38.jpgот значения 15036-39.jpg (выход из зоны генерации) самовозбуждения не происходит, но при определённыхусловиях внеш. возбуждение контура достаточно сильным сигналом приводитк установлению незатухающих колебаний (жёсткий режим возбуждения).
"Недовозбуждённый" контур, в к-ром параметрич. <накачка энергии несколько меньше её потерь ( т< т*),может быть использован как параметрич. усилитель. Действие накачки приэтом в среднем эквивалентно уменьшению потерь, в результате чего амплитудавынужденных колебаний от внеш. источника (сигнала) возрастает и мощностьР вых, выделяемая в нагрузке, может превышать входную мощностьсигнала P вых поступающую в контур. Макс. значениекоэф. усиления К = Р вых/ Р вх в одноконтурномпараметрич. усилителе равно 1/(1 - m/m*)2.При т 15036-40.jpg т* усилениенеограниченно растёт, усилитель превращается в генератор. Недостаток такогоусилителя заключается в зависимости коэф. усиления от фазы усиливаемогосигнала по отношению к фазе накачки, изменяющей ёмкость.
От этого последнего недостатка свободныдвухконтурные усилители (рис.), где по закону (*) изменяется, напр., ёмкостьсвязи CCB(t )между контурами, а частоты нормальныхколебании 15036-41.jpgи 15036-42.jpg удовлетворяютсоотношению 15036-43.jpg15036-44.jpgЕсли связь между контурами слабая, то значения 15036-45.jpgи 15036-46.jpg близкик собств. частотам контуров. Один из них настраивается на частоту входногосигнала, а другой ("холостой") - на разностную частоту 15036-47.jpgВыходное сопротивление (нагрузка) может быть включено как в первый контур(усиление на частоте сигнала), так и во второй (усиление с преобразованиемчастоты). Коэф. усиления в обоих случаях пропорц. 1/(1 - - m/m*)2,где теперь 15036-48.jpg(C1,C2-ёмкости контуров), и при т 15036-49.jpgт *, как и в одноконтурном усилителе, наступает самовозбуждение(регенеративный усилитель).

15036-50.jpg

Схема двухконтурного параметрического усилителя.

В др. случае, когда "холостой" контур настраиваетсяна суммарную частоту 15036-51.jpgсамовозбуждение невозможно; энергия сигнала и накачки преобразуется в энергиюколебаний на частоте 15036-52.jpgи в результате возможно усиление колебаний, снимаемых со второго контура, <по сравнению с входным сигналом. Такой нерегенсративный усилитель-преобразовательимеет сравиительно небольшой коэф. усиления, однако его достоинствами являютсяустойчивость и широкополосность. В двухконтурных усилителях обоих типовфаза колебаний в "холостом" контуре автоматически устанавливается оптимальнойдля усиления, так что коэф. усиления не зависит от фазы входного сигнала.
Возможность создания параметрич. генераторови усилителей эл.-магн. колебаний была выяснена в 1931 - 1933 Л. И. Мандельштамоми Н. Д. Папалекси. Они разработали параметрич. машины (ёмкостные и индуктивные),преобразующие механич. энергию в электрическую за счёт изменений С или L механич. способом (при вращении вала), приводящих к параметрич. <генерации. Однако практич. применение параметрич. устройства получили начинаяс 50-х гг., когда появились полупроводниковые параметрич. диоды, ёмкостьк-рых зависит от приложенного запирающего напряжения, и были изучены свойствасегнетоэлектриков (конденсатор с сегнетозлектриком позволяет получить переменнуюёмкость), а также ферритов и сверхпроводников (на основе к-рых может бытьсоздана переменная индуктивность). Периодич. изменение параметров достигаетсяподключением к системе источника накачки с частотой 15036-53.jpg
Примером параметрич. генератора являетсяпараметрон, в к-ром используется то обстоятельство, что в зависимости отфазы нач. возмущения в одноконтурном параметрич. генераторе возможно возбуждениеколебаний с одинаковыми амплитудами, но различающихся по фазе на я. Т. <о., простейший параметров "запоминает" фазу поступающего на него сигналав двоичном коде и может быть использован в качестве элемента вычислит. <устройств. Кроме того, параметрнч. генераторы могут использоваться какделители частоты: в одноконтурном - возбуждаются колебания с частотой 15036-54.jpgа в двухконтурном возможны режимы, когда частота одного из генерируемыхколебаний равна 15036-55.jpgгде п - достаточно большое целое число.
В высокочувствит. приёмных устройствахСВЧ-диапазона, используемых в системах радиолокации, радиоастрономии, космич. <связи и др., применяются двухконтурные параметрич. усилители, обладающиенизким уровнем собств. шумов. Причина малости шумов и том, что в них дляусиления используются реактивные, в принципе лишённые шумов, элементы, <тогда как в резистивных (ламповых, транзисторных) усилителях активный элементнеизбежно создаёт тепловые шумы, согласно Пайквиста формуле. Параметрич. <системы применяются также для умножения частоты и гетеродинирования сигнала. <В качестве колебат. систем в СВЧ-диапазоне используются объёмные резонаторыи элементы волноводной техники, а в качестве переменных ёмкостей - высокочастотныепараметрич. диоды. Для дополнит. снижения собств. шумов используется охлаждениедо темп-р жидкого гелия. Иногда применяются параметрич. усилители бегущейволны в виде цепочки резонаторов с параметрич. диодами, по к-рой распространяетсясигнал. При надлежащей настройке резонаторов можно получить усиление вширокой полосе частот. Существуют также электронно-лучевые параметрич. <усилители, в к-рых усиление сигнала достигается модуляцией электронногопучка.
В оптич. диапазоне частот для созданияпараметрич. генераторов и усилителей используются среды, параметры к-рыхизменяются полем бегущей или стоячей волны накачки. В частности, если диэлектрич. <проницаемость среды к изменяется по закону

15036-56.jpg

где r - радиус-вектор точки, <то возможно усиление или генерация пары волн с частотами 15036-57.jpgи волновыми векторами k1, k2, есливыполняются условия фазового синхронизма 15036-58.jpgk н= k115036-59.jpgk2.На этом основан принцип действия параметрич. генератора света.

Лит.: Люнселл У., Связанные и параметрическиеколебания в электронике, пер. с англ., М., 1964; Эткин В. С., ГершензонЕ. М., Параметрические системы СВЧ на полупроводниковых диодах, М., 1964;Каплан А. Е., Кравцов Ю. А., Рылов В. А., Параметрические генераторы иделители частоты, М., 1900; Основы теории колебании, 2 изд., М., 1988.

Л. А. Островский, Н. С. Степанов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Нужно сделать НИР?

Полезное



Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»