Параметрические усилители

Параметрическим называют усилитель, в котором используется эффект отрицательного сопротивления, создаваемого периодическим изменением емкости или индуктивности колебательного контура.

Наибольшее распространение получили ПУ на нелинейной емкости p-n-перехода полупроводникового диода (варактора или параметрического диода). Они имеют меньшие габариты по сравнению с КПУ, проще в эксплуатации, но уступают им по шумовым свойствам.

К ш пу = 1,6-2;

К ш кпу=1,1;

К ш утд=3-5.

Активный элемент ПУ - варактор - имеет нелинейную зависимость емкости от напряжения смещения (рис.28) и работает от отрицательного смещения.

рис. 28

Принцип действия ПУ основан на периодическом изменении емкости. Рассмотрим, каким образом цепь с нелинейным реактивным элементом может усиливать. Пусть переменная емкость включена в одиночный резонансный контур (рис.29 а), в который извне подается слабый синусоидальный сигнал на частоте резонанса контура.

рис. 29

При этом внешняя сила синхронно с колебаниями напряжения сигнала изменяет расстояние между обкладками конденсатора следующим образом: в момент t1, когда напряжение на конденсаторе становится наибольшим по модулю, внешняя сила скачком увеличивает расстояние между обкладками конденсатора, уменьшая тем самым емкость. На такое увеличение зазора внешняя сила затрачивает работу, т.к. раздвигаются притягивающиеся друг к другу разноименные заряды на пластинах конденсатора. При этом работа внешней силы преобразуется в энергию электрических колебаний контура, увеличивая ее (рис. 29 б), т.е. усиливает сигнал.

В момент времени t2, когда напряжение на конденсаторе равно нулю, пластины конденсатора также скачком возвращаются в исходное положение, на что внешняя сила не расходует энергии, т.к. в этот момент заряд конденсатора равен нулю.

Из выше изложенного видно, что для получения максимального усиления необходимо выполнить два условия:

• частота изменения емкости должна быть ровно в два раза больше частоты сигнала (рис.30);
• соотношение фаз изменения емкости и изменения напряжения сигнала должно быть таково, чтобы емкость всегда уменьшалась, когда напряжение сигнала становится максимальным (по модулю) (рис.30).

Практически емкость изменяется не механически, а электрически. Для этого используют специальный генератор - генератор накачки, которым как бы "накачивается" энергия в колебательный контур (рис.30).

рис. 30

В зависимости от конструкции ПУ делятся на:

• проходные - отдельный вход и выход сигнала;
• отражающие - имеется один элемент связи для входа и выхода.

Последние нашли наибольшее применение (рис. 31).

рис. 31

На практике ПУ используют в диапазоне от 1 до 10 ГГц. С целью снижения коэффициента шума ПУ иногда применяют принудительное охлаждение (в частности жидким азотом).

Дата добавления: 2014-01-06