Большая Советская Энциклопедия (ПА)

Лит.: Физические основы работы полупроводниковых СВЧ диодов, М., 1965; СВЧ— полупроводниковые приборы и их применение, пер. с англ., М., 1972.

И. Г. Васильев.

Параметрический усилитель

Параметри'ческий усили'тель, радиоэлектронное устройство, в котором усиление сигнала по мощности осуществляется за счёт энергии внешнего источника (так называемого генератора накачки), периодически изменяющего ёмкость или индуктивность нелинейного реактивного элемента электрической цепи усилителя. П. у. применяют главным образом в радиоастрономии , дальней космической и спутниковой связи и радиолокации как малошумящий усилитель слабых сигналов, поступающих на вход радиоприёмного устройства, преимущественно в диапазоне СВЧ. Чаще всего в П. у. в качестве реактивного элемента используют параметрический полупроводниковый диод (ППД). Кроме того, в диапазоне СВЧ применяют П. у., работающие на электроннолучевых лампах, а в области низких (звуковых) частот —П. у. с ферромагнитным (ферритовым) элементом.

Наибольшее распространение получили двухчастотные (или двухконтурные) П. у.: в сантиметровом диапазоне — регенеративные «отражательные усилители с сохранением частоты» (рис. , а), на дециметровых волнах — усилители — преобразователи частоты (рис. , б) (см. Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний ). В качестве приёмного колебательного контура и колебательного контура, настраиваемого на вспомогательную, или «холостую», частоту (равную чаще всего разности или сумме частот сигнала и генератора накачки), в П. у. обычно используют объёмные резонаторы , внутри которых располагают ППД. В генераторах накачки применяют лавинно-пролётный полупроводниковый диод , Ганна диод , варактор

ный умножитель частоты и реже отражательный клистрон . Частота накачки и «холостая» частота выбираются в большинстве случаев близкими к критической частоте f_kp ППД (т. е. к частоте, на которой П. у. перестаёт усиливать); при этом частота сигнала должна быть значительно меньшей f_kp. Для получения минимальных шумовых температур (10—20 К и менее) применяют П. у., охлаждаемые до температур жидкого азота (77 К), жидкого гелия (4,2 К) или промежуточных (обычно 15—20 К); у неохлаждаемых П. у. шумовая температура 50—100 К и более. Максимально достижимые коэффициент усиления и полоса пропускания П. у. определяются в основном параметрами реактивного элемента. Реализованы П. у. с коэффициентами усиления мощности принимаемого сигнала, равными 10—30 дб, и полосами пропускания, составляющими 10—20% несущей частоты сигнала.

Лит.: Эткин В. С., Гершензон Е. М., Параметрические системы СВЧ на полупроводниковых диодах, М.. 1964; Лопухин В. М., Рошаль А. С., Электроннолучевые параметрические усилители, М., 1968; СВЧ — полупроводниковые приборы и их применение, пер. с англ., М., 1972; Копылова К. Ф., Терпугов Н. В., Параметрические емкостные усилители низких частот, М., 1973; Penfield P., Rafuse R., Varactor applications, Camb. (Mass.), 1962.

В. С. Эткин.

Эквивалентные схемы параметрических усилителей: а — регенеративного; б — «с преобразованием частоты вверх»; u_вх — входной сигнал с несущей частотой f_c , u_н — напряжение «накачки»; u_вых1 — выходной сигнал с несущей частотой f_c ; u_вых2 — выходной сигнал с несущей частотой (f_c + f_н ); Tp₁ — входной трансформатор; Тр₂ — выходной трансформатор; Тр₂ — трансформатор в цепи «накачки»; Д — параметрический полупроводниковый диод; L — катушка индуктивности колебательного контура, настроенного на частоту (f_c + f_н ); Ф_с , Ф_сн , Ф_н — электрические фильтры, имеющие малое полное сопротивление соответственно при частотах f_c , (f_c + f_н ), f_н и достаточно большое при всех других частотах.

Параметрическое бурение

Параметри'ческое буре'ние, проведение скважин в нефтегазоносных областях с целью получения геолого-геофизических параметров, необходимых для разведки. П. б.— составная часть первой стадии поискового этапа. Выбор места заложения скважин производится по данным региональных геолого-геофизических исследований. Глубина скважин обычно составляет 3—5 км , иногда свыше 7 км . Проходка скважин с отбором керна составляет 10—20% от общей их глубины. По керну определяют физические параметры (отражающие, преломляющие, плотностные, электрические, магнитные, акустические и др. свойства), литологический состав горных пород, уточняют стратиграфические границы и т.д.

В результате П. б. и всех др. региональных исследований выявляются особенности геологического строения земной коры и зоны, благоприятные для скопления нефти, газа и других полезных ископаемых, а также определяются основные направления их поисков. См. также Бурение .

Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний

Параметри'ческое возбужде'ние и усиле'ние электри'ческих колеба'ний, метод возбуждения и усиления электромагнитных колебаний, в котором усиление мощности происходит за счёт энергии, затрачиваемой 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 w_с — частота усиливаемого сигнала, w — собственная частота контура) заряд q на обкладках конденсатора изменяется по закону:

q = q _{sinwct = CQE sinwct. (1)}

Здесь E — амплитуда сигнала,

 — добротность контура. Электростатическая энергия W, запасаемая в конденсаторе, равна:

W = (q² /2C ) = (q² _{/4C ) (1-cos 2wct ). (2)}

Из (2) видно, что W изменяется с частотой, равной удвоенной частоте сигнала. Если в момент, когда q = q_{, 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 = -W DC/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 w_н = 2w_с 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: w_н = 2w_с/n, где n = 1, 2, 3,... и т.д. При n = 1 С изменяется каждые четверть периода сигнала (Т_с /4), при бо'льших n— через время, равное nT_c/ 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: