т.е синхронный детектор осуществляет фазовое детектирование. На выходе низкочастотного фильтра, полоса пропускания которого соответствует ширине спектра модулирующего сигнала, будет воспроизведено передаваемое сообщение.

Частотно – энергетические соотношения.

Как известно, реактивные элементы являются энергоёмкими, т.е могут записывать и отдавать энергию. Параметрические энергоёмкие элементы в определённых условиях обладают свойством отбирать энергию у колебаний одной частоты и отдавать её колебаниям другой. При параметрическом усилении энергия отбирается у колебаний местного генератора и отдаётся колебаниям принимаемого сигнала. В отличие от обычных усилителей и генераторов, где энергия, необходимая для усиления, отбирается от источника постоянного напряжения, в параметрических усилителях и генераторах энергия поступает от местного генератора высокочастотных колебаний. Этот генератор принято называтьгенераторомнакачки.Большие колебания генератора накачкиизменяют (модулируют) по периодическому закону параметр реактивного нелинейного элемента.

При воздействии на линейный элемент суммарного напряжения сигнала и накачки в стационарном режиме образуется спектр гармоник и колебаний комбинационных частот. Все эти колебания непрерывно обмениваются энергией: одниеётеряют,другиеприобретают.Обменэнергиейподчиняетсяопределённым качественным соотношениям, носящим название соотношений Мэнли-Роу. Они справедливы как для нелинейных цепей, так и для других систем, способных записатьэнергиюуравненияМэнл-Роу.Описываютэнергетическиесоотношения внелинейнойреактивности,к которойподсоединенавнешняяцепь – бесконечная последовательностьнагрузочных сопротивлений и полосовых фильтров. Каждый из фильтров настроен на определённую комбинационную частоту. Частоты эти появляются в результате взаимодействия напряжений с частотами ω1 и ω2 на

нелинейной реактивности.

Уравнения позволяют установить связь между частотами существующих в системе колебаний и величинами мощностей, отдаваемых в реактивность внешнейцепьюилиполучаемыхцепьюотнеё.Уравнения Мэнли-Роуопределяют частоты, на которых возможны усиления или генерация колебаний, предельную величину коэффициента усиления, а также вопросы устойчивости рассматриваемых цепей.

В параметрических системах под воздействием напряжений генератора накачки Uн и сигнала Ua с частотами fн и fc соответственно на нелинейной

ёмкости возникает напряжение, состоящее из бесконечного числа комбинационных частот вида mfc + nfн . С помощью электрических фильтров

можно выделить любые колебания этих частот. Например, к нелинейной ёмкости C(И) подсоединены генераторы сигнала f1 , накачки f2 и бесконечная

последовательность нагрузочных цепей и полосовых фильтров, каждый из которых настроен на одну из возможных комбинационных частот mfc + nfн .

Условимся считать мощность, поступающую в нелинейную ёмкость, положительной, а мощность, отдаваемую этой ёмкостью во внешнюю цепь, отрицательной (рис.15.16).

В этом случае соотношения Мэнли-Роу, имеют вид

числа m и n определяют порядок комбинированного колебания.

В большинстве случаев можно полагать, что в системе существуют

соответствующие этим частотам, Pc ; Pн; P+; P− , получим

Из этих уравнений следует, что если реактивный элемент поглощает мощность от генератора накачки, то при определённых условиях он способен отдавать во внешнюю цепь мощность на частоте сигнала, а также на частотах f+

и f− . Наиболее важными для практики являются два режима, если в системе выделяются колебания:

коэффициент усиления по мощности

определяется соотношением частот и возрастает с увеличением частоты накачки и уменьшением частоты сигнала.

Здесь малая мощность на частоте сигнала управляет поступлением в нагрузку мощности на частоте f+ . Усиление осуществляется благодаря передаче

мощности накачки в нагрузку под действием принимаемого сигнала преобразованием частоты fc в частоту f+ . В этой схеме действует принцип:

«квант на выходе за квант на входе». Благодаря повышению частоты выходного сигнала энергия кванта на выходе больше, чем на входе, этим и достигается усиление. Такая двухчастотная система называется нерегенеративным преобразователем. Она устойчива при любой мощности накачки.

Рассмотрим теперь случай, когда в нагрузку поступает мощность на разностной частоте f− = fн − fc (m = −1;n =1) . Соотношения Мэнли-Роу при этом

имеют вид

Мощность генератора накачки положительна, поскольку она поступает к нелинейной ёмкости. Чтобы первое уравнение удовлетворялось, второй его член должен быть отрицательным, т.е. мощность на резонансной частоте отдаётся реактивностью во внешнюю цепь. Из второго уравнения (15.13) следует, что при этом первый член также отрицателен

т.е. мощность на частоте сигнала отдаётся во внешнюю цепь. Следовательно, энергия генератора накачки преобразуется в данном случае в мощность на частотах сигнала и разностной. В этом случае происходит внесение отрицательногосопротивлениякаквконтурсигнала,такивконтурнаразностной частоте, повышается добротность этих контуров и увеличиваются амплитуды напряжения на резонансных частотах, т.е. происходит процесс регенерации. В результате этого усиливаются сигналы на частотах fc и f− .

Если отрицательные сопротивления, вносимые в сигнальную и разностную системы, станут близкими к сопротивлениям потерь этих цепей, то коэффициент усиления может быть сколько угодно большим. При этом имеется возможность снимать усиленный сигнал либо на частоте входного сигнала, либо на преобразованной частоте f− с выходного контура. В первом случае мы имеем

регенеративный усилитель, во втором – регенеративный преобразователь. Интересны режимы работы параметрической системы, в которой fн = 2 fc . При

этом разностная частота равна частоте сигнала

f− = fн − fc = 2 fc − fc = fc .

Для такого режима не требуется отдельный контур разностной частоты, сигналы обеих частот выделяются в одной общей резонансной цепи. Двухконтурная система трансформируется в одноконтурную. Поэтому такие усилители называют одноконтурными или вырожденными.

Кроме рассмотренных двухчастотных устройств, параметрическую регенерацию можно получить в многочастотных системах (например, три частоты fc , fн + fc , fн − fc ). Такие системы позволяют получить больший

коэффициентусиления,чемрегенеративныепреобразователи иобладают лучшей стабильностью и большей полосой пропускания.

Процесс параметрического усиления отличается весьма низким уровнем собственных шумов, поскольку описанные явления регенерации не связаны с транспортировкой зарядов и соответствующим ей дробовыми шумами. Очень часто описанные принципы применяются в малошумящих параметрических усилителях СВЧ.

Одноконтурный параметрический усилитель.

Простейшая схема параметрического усилителя содержит колебательный контур, один из элементов которого, например, ёмкость, варьируется во времени так, что в контур вносится отрицательное сопротивление, частично компенсирующее сопротивление потерь

В качестве параметрического элемента обычно используется нелинейная ёмкость (например, р - п – переход полупроводникового диода). Один из возможных вариантов схемы одноконтурного усилителя показан на рис. 15.17.

Нелинейная ёмкость находится под одновременным воздействием напряжения сигнала, имеющего частоту ωc , и напряжения накачки (варьирующего напряжения). Последнее изменяет с частотой ωн величину смещения U0 , подводимого к C(t). Постоянное напряжение U0 позволяет установить рабочую точку на кривой C = f (U0 ) (см.рис.15.17). Под действием

напряжения накачки ёмкостьизменяется в ту и другую сторону на максимальную величину. Частота сигнала совпадает с резонансной частотой контура, соответствующей исходной ёмкости, т.е.

рассматриваться как линейная, но изменяющаяся во времени.

Разделительные конденсаторы Cр защищают генератор накачки и источник сигнала от воздействия постоянного напряжения U0 . Блокировочный дроссель преграждает путь в цепь источникаU0 током высокой частоты, и если ωc = ωн 2 , то такой режим называют синхронным. Так как ω− = ω2 , то в контуре существует ток только на частоте ωc .

Осуществить точное соблюдение режима синхронной накачки на практике оказывается затруднительным. Поэтому чаще такие усилители работают в режиме асинхронной накачки, когда частота накачки ωн отличается от удвоенной

частоты сигнала. Для осуществления этого режима в схеме необходимо создать поглощающую цепь для колебания частоты ω− = ωн −ωc . При этом полоса

пропускания контура должна быть шире, чем в режиме синхронной накачки. Но расширение полосы пропускания контура ухудшает его избирательность. Кроме