Большая Советская Энциклопедия (ПА)

, (4)

где m = (С_макс — С_мин )/(С_макс + С_мин ) 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 К_ус 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 = w_н — w_с , 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 = w_н + w_с вся энергия накачки и энергия, накопленная в сигнальном контуре, переходят в энергию колебаний суммарной частоты w_н + w_с . Такой параметрический усилитель называется нерегенеративным усилителем-преобразователем. Он устойчив при любом m и имеет широкую полосу пропускания, но обладает малым К_ус .

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. 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; Т_с и Т_н — периоды колебаний усиливаемого сигнала и сигнала накачки.

Рис. 1. Контур с периодически меняющейся ёмкостью С. Величина ёмкости равна C _{, когда пластины конденсатора сдвинуты (сплошные линии), и C1 , когда они раздвинуты (пунктир).}

Рис. 3. Одноконтурные параметрические усилители.

Рис. 5. Параметрический усилитель бегущей волны.

Параметрическое возбуждение колебаний

Параметри'ческое возбужде'ние колеба'ний, возбуждение колебаний, наступающее в колебательной системе в результате периодических изменения величины какого-либо из «колебательных параметров» системы (т. е. параметров, от величины которых существенно зависят значения потенциальной и кинетической энергий и периоды собственных колебаний системы). П. в. к. может происходить в любой колебательной системе, как в механической, так и в электрической, например в колебательном контуре, образованном конденсатором и катушкой самоиндукции, при периодическом изменении ёмкости конденсатора или индуктивности катушки (см. также Параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний ).

П. в. к. наступает в случаях, когда отношение w _{/w (угловой частоты w одного из собственных колебаний системы к угловой частоте w изменений параметра) оказывается близким к ⁿ /2 , где n = 1,2,3,...; тогда в системе могут возбудиться колебания с частотой, близкой к w и точно равной ^w /2 , либо w, либо 3w/2 и т.д. П. в. к. наступает легче всего, а возникшие колебания оказываются наиболее интенсивными, когда w /w» ¹ /2 .}

Классический пример П. в. к.— возбуждение интенсивных поперечных колебаний в струне, прикрепленной одним концом к ножке камертона (рис. 1 , а) путём периодического изменения её натяжения. Легче всего П. в. к. возникает, когда один из периодов собственных колебаний струны (её основного тона или какого-либо из гармоник) приблизительно вдвое больше периода колебаний камертона. При обычном же возбуждении вынужденных колебаний струны (рис. 1 , б) с периодом, равным периоду колебаний камертона, резонанс наступил бы всякий раз, когда период колебаний камертона совпадал бы с периодом одного из собственных колебаний струны. Т. о., явление П. в. к. в этом отношении сходно с резонансом при обычном возбуждении вынужденных колебаний; поэтому П. в. к. часто называется параметрическим резонансом.

Происхождение П. в. к. можно пояснить на модели маятника, выполненного в виде массы т, подвешенной на нити, длину которой l можно менять (рис. 2 , а). Т. к. период колебаний маятника зависит от длины подвеса, то, меняя последнюю с периодом, например, вдвое меньшим периода собственных колебаний маятника, возможно П. в. к. Сообщив маятнику небольшие собственные колебания, удлиняем нить каждый раз, когда маятник проходит через одно из крайних положений, и уменьшаем её, когда он проходит через среднее положение в том или другом направлении (рис. 2 , б). Натяжение нити не только уравновешивает направленную вдоль неё составляющую силы тяжести mg cos a (где a— угол отклонения маятника от вертикали), но и сообщает телу центростремительное ускорение v² /l, поэтому натяжение нити F = mg cos a + mv² /2, т. е. имеет наименьшее значение, когда маятник проходит через каждое из крайних положений (где v = 0, а a ¹0). При уменьшении длины нити в среднем положении внешняя сила Ф совершает большую работу, чем та отрицательная работа, которая совершается при увеличении её в крайних положениях. В результате за каждый период колебаний внешняя сила совершает положительную работу, и если эта работа превосходит потери энергии колебаний в системе за период, то энергия колебаний маятника, а значит, и амплитуда этих колебаний будут возрастать. Поэтому начальные собственные колебания, которые были сообщены маятнику, могут иметь сколь угодно малую амплитуду; в частности, это могут быть те флуктуационные колебания, которые неизбежно происходят во всякой колебательной системе вследствие воздействия на неё различных случайных факторов и имеют сплошной спектр со всевозможными фазами гармонических составляющих. Следовательно, независимо от того, в какой фазе происходят периодические изменения длины подвеса, всегда найдутся такие малые собственные колебания маятника, для которых эти изменения происходят в нужной фазе, вследствие чего амплитуда именно этих собственных колебаний будет возрастать.