10.6. ОДНОКОНТУРНЫЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Из предыдущего параграфа следует, что введением в колебательный контур переменной емкости или индуктивности можно при соответствующем законе изменения параметра осуществлять усиление колебаний. Простейшая схема одноконтурного параметрического усилителя с переменной емкостью изображена на рис. 10.14, а. Нелинейная емкость находится под воздействием двух напряжений: сигнального с частотой и накачки с частотой .

Разделительные конденсаторы защищают генератор накачки и источник сигнала от постоянного напряжения используемого для установления рабочей точки на вольт-фарадной характеристике варикапа. Блокировочный дроссель преграждает путь в цепь источника токам высокой частоты .

Рассмотрим сначала режим работы усилителя при точном соблюдении условия . В этом, так называемом синхронном режиме комбинационная частота сон — совпадает с частотой так что в контуре существует ток только на частоте . Схема замещения для синхронного режима представлена на рис. 10.14, б для случая соответствующего отрицательной вещественной проводимости

Рис. 10.14. Одноконтурный параметрический усилитель (а) и схема замещения (б)

Символом обозначена сумма емкости конденсатора контура и средней емкости варикапа (соответствующей постоянному напряжению ).

Для упрощения анализа источник ЭДС сигнала , включенный в контур последовательно, заменен на рис. 10.15 генератором тока, подключенным параллельно контуру и шунтированным внутренней проводимостью G. Проводимость нагрузки включает в себя также проводимость, учитывающую потери мощности в элементах контура. Шунтирование проводимости нагрузки отрицательной проводимостью уменьшает суммарную проводимость и таким образом повышает добротность контура. Получается эффект усиления.

Составим выражение для коэффициента усиления в виде отношения мощности сигнала на выходе усилителя к максимальной мощности, которую можно получить при отсутствии параметрической модуляции. Как известно, максимум мощности, выделяемой в проводимости нагрузки (при отсутствии усиления), достигается при При этом мощность сигнала

(I — амплитуда тока генератора).

При подключении дополнительной проводимости напряжение на выходе будет , а мощность, выделяемая в проводимости нагрузки,

Отсюда коэффициент усиления мощности

(10.40)

Напомним, что — отрицательная величина.

Из этого выражения непосредственно вытекает условие устойчивости параметрического усилителя (в синхронном режиме)

(10.41)

откуда критическое значение коэффициента параметрической модуляции

(10.42)

где — добротность контура с учетом .

Заметим, что при , т. е. когда параметрическая модуляция компенсирует потери только в усиление по мощности равно всего лишь четырем.

Рис. 10.15. Одноконтурный параметрический усилитель (к схеме на рис. 10.14, а)

На практике при усилении реального сигнала, фаза которого не известна, а частота может изменяться в некоторой полосе, соблюдение условий синхронного режима невозможно. Пусть частота сигнала будет не точно а , где — небольшое отклонение, не выходящее из полосы прозрачности колебательного контура. Тогда комбинационная частота будет сон — ) При этом в полосе пропускания контура оказываются два колебания: одно с частотой (полезный сигнал) и другое с частотой (комбинационная частота).

Соотношение между амплитудами указанных двух колебаний зависит от глубины модуляции емкости и величины . Подробный анализ, который здесь не приводится, показывает, что при значениях , близких к критическому [см. (10.42), и относительно малой расстройке Q амплитуды обоих колебаний примерно одинаковы. Возникают биения и связанные с этим последствия (пульсация амплитуды и изменения фазы результирующего колебания). Можно, правда, показать, что даже при расхождении частот средняя за период биений мощность колебаний больше, чем при отсутствии параметрического воздействия, т. е. что и в этом, так называемом бигармоническом, режиме имеет место усиление сигнала. Однако подобный режим работы усилителя не всегда приемлем.

От недостатков, присущих одноконтурному параметрическому усилителю, свободна схема, рассматриваемая в следующем параграфе.