6.3Параметрический усилитель

При одновременном воздействии на параметрическую емкость (или параметрическую индуктивность) нескольких источников сигналов с разными частотами между источниками будет происходить перераспределение (обмен) их энергий. Обычно энергия внешнего источника, называемого генератором накачки, через параметрический элемент передается в цепь полезного сигнала.

Для анализа энергетических соотношений в многоконтурных цепях с параметрической емкостью обратимся к обобщенной схеме (рис. 6.1).

Рисунок 6.1 Обобщенная эквивалентная схема параметрического усилителя

В ней параллельно параметрической емкости С включены три цепи, две из которых содержат источники и , создающие гармонические колебания с частотами и . Источники колебаний и соединены через узкополосные фильтры Ф1 и Ф2, пропускающие сигналы с частотами и . Третья цепь содержит сопротивление нагрузки и узкополосный фильтр Ф3 — холостой контур, настроенный на комбинационную частоту:

,

(6.1)

где n и m – целые числа.

Если источники колебаний и отдают мощности и ( – источник усиливаемого сигнала, – генератор накачки), а сопротивление нагрузки потребляет мощность , для замкнутой системы в соответствии с законом сохранения энергии получаем условие баланса мощностей:

,

(6.2)

Если умножить и разделить каждое слагаемое на соответствующую частоту:

,

(6.3)

,

(6.4)

Полученное равенство должно быть тождественным при любых частотах. Это возможно, если:

и .

(6.5)

Эти фундаментальные соотношения в радиотехнике называют уравнениями Мэнли-Роу. Они позволяют просто и наглядно выяснить закономерность преобразования мощностей сигнала и накачки в многоконтурных параметрических цепях. Рассмотрим наиболее распространенный случай, имеющий место в параметрических цепях устройств радиоэлектроники.

Установив в формулах (6.5) значения коэффициентов n = m = 1, при мощности и , а также при настройке холостого контура на частоту , источник усиливаемого сигнала и генератор накачки будут отдавать мощность в нагрузку. Тогда схема на рис. 6.1 превращается в параметрический усилитель входного сигнала. При этом усиление осуществляется за счет генератора накачки и сопровождается повышением частоты сигнала. Отметим, что параметрический усилитель обладает малым уровнем шумов, поскольку механизм усиления в нем не связан с транспортировкой зарядов. Также в параметрических усилителях отсутствуют дробовые шумы, являющиеся основными в обычных усилителях.

С помощью параметрической цепи можно осуществить и усиление мощности входного сигнала с понижением его частоты. Можно показать, что это будет иметь место при настройке холостого контура на разностную частоту и выборе , в (6.5). Обычно частота накачки равна удвоенной частоте сигнала, что удобно с практической точки зрения.