Принцип параметрического усиления сигнала

нелинейная емкость практически совпадает с линейной, изменяющейся во времени, то есть происходит обмен энергией между источником сигнала и энергоемким параметрическим элементом.

Рассмотрим конденсатор (варикап) емкость которого C(t) с помощью управляемого напряжения, изменяющееся по скачкообразному закону.

Конденсатор включен в контур с высокой добротностью:

Напряжение U_C близко к гармоническому, фаза изменений C(t) подобраны так, чтобы понижение емкости происходило в момент перехода U_C(t) через амплитудное значение, а повышение емкости происходило в момент перехода через нулевое значение. В момент спада C(t) напряжение U_C(t) получает приращение. Поскольку заряд конденсатора не меняется мгновенно, то есть энергия электрического поля в контуре периодически получает приращение, что эквивалентно мощности сигнала. Если прирост энергии обусловленный одним скачком (вниз) емкости C(t) не превышает расхода энергии за время T, то параметрическая цепь устойчива, в противном случае возникает параметр возбуждения колебаний, то есть регулируя , то есть глубину модуляции параметра С, можно осуществлять как параметр усиления сигнала, так и параметр генерации.

Реализация скачкообразного i(t) трудна, проще реализовать гармоническое изменение (но уменьшение С в области максимального значения заряда (напряжения) конденсатора и с повышением емкости в области минимальных значений).

Дополнительная мощность сигнала поставляется генератором напряжения, управляющего значением С(t). Его назначение – генератор накачки, а управляющее напряжение – напряжение накачки:

Фильтр Ф1 преграждает путь току частоты ω _н в цепь источника сигнала, а фильтр Ф2 – току частоты сигнала ω (и близких к ней частот) в цепь накачки.

Положим: E< < E_н, то есть можно пренебречь изменением С под действием сигнала, закон изменения С определяется управляющим напряжением.

в полосу прозрачности фильтра Ф1, не попадает, следовательно, ток в цепи источника сигнала является суммой токов на частоте и .

Первый из этих токов сдвинутый по фазе относительно

на угол 90 градусов не может создавать активную проводимость ни положительную ни отрицательную. С точки зрения получения эффекта усиления интересно колебание с частотой (особенно при ). При этом ток на частоте ω:

Амплитуда этого тока . При ЭДС источника и токе отсеиваемая источником мощность:

- эквивалентная активная проводимость, учитывая расход мощности источника сигнала.

То есть по отношению к источнику сигнала параметрическая схема приводится к схеме с постоянными параметрами. Период изменения С(t) с приводит лишь к появлению G_эк, шунтируя постоянные емкости С₀.

Рассмотрим три следующих характерных режима:

1) , отсюда С(t) модулируется так, что бы изменение запаса энергии в емкости за период (0 точка за ) равно нулю: G_эк = 0.

2) максимальная скорость нарастания в моменты, когда напряжение проходит через максимумы; при этом часть энергии, запасенной в емкости, переходит в устройство, изменяющее емкость. По отношению к источнику ЭДС это равносильно шунтированию постоянной емкости С₀, положенной активной проводимостью

3) происходит уменьшение емкости С(t) в области и нарастает в области Отрицательная проводимость G_эк учитывает приток энергии от генератора пачками в цепь, содержащую емкость С(t), прирост энергии, запасаемой в емкости, происходит за счет работы, совершаемой генератором накачки, при уменьшении емкости (преодоление сил электрического поля, при движении электронов и дырок через потенциальный барьер в области запирающего слоя).