Сделай Сам Свою Работу на 5

Принцип параметрического усиления





Общие понятия о параметрических цепях

Электрические системы, в которых хотя бы один из параметров (R, L или C) является переменным во времени, называется цепями с переменными параметрами, называется цепями с переменными параметрами, или параметрическими цепями. Если параметры зависят только от времени и не зависит от режима работы (т.е. т i или U), система является линейной.

С помощью параметрических систем, в которых переменным является активное сопротивление, могут осуществляться, например, такие преобразования сигналов: детектирование, выпрямление, амплитудная модуляция, преобразование частоты и др.

В цепях с переменными реактивными элементами, способными запасать и отдавать энергию, при определенных условиях могут происходить усиление и генерация колебаний. Это связано с появлением в системе отрицательного сопротивления, описывающего формально физический процесс внесения энергии в колебательную систему за счет работы сил, изменяющих параметр. Появление отрицательного сопротивления свидетельствует о наличии параметрической регенерации колебаний данной частоты. Под регенерацией понимается процесс частотного восполнения (восстановления) теряемой в системе энергии.



Математическое описание процессов, происходящих в параметрических цепях, сводится к линейным алгебраическим или дифференциальным уравнением с переменными (во времени) коэффициентами. В силу линейности цепей, связь между входными и выходными сигналами в них определяется с помощью импульсной характеристики g(t) (метод интеграла наложения) или с помощью комплексной передаточной функции

Принцип параметрического усиления

 

Наглядным примером обмена энергией между источником сигнала и энергоемким параметрическим элементом является хорошо известная модель с механическим раздвижением пластин заряженного конденсатора. Для раздвижения пластин, т.е. для уменьшения емкости, необходимо произвести работу, которая увеличивает запас энергии конденсатора. При сближении пластин, наоборот, часть энергии поля конденсатора преобразуется в механическую энергию.

Рассмотрим случай скачкообразного закона изменения емкости, включенной в высокодобротный колебательный контур, с помощью управляющего напряжения (рис.1,а)



 
a)  

 

На контур воздействует сигнал e(t)=Emcoswt . При этом частота сигнала совпадает с резонансной частотой контура при среднем значении емкости. Частота изменения емкости вдвое больше частоты сигнала.

 

 

 

б)

 

На рис.1,б показано напряжение на емкости. Фаза изменения емкости подобрана таким образом, чтобы уменьшение емкости происходило в моменты перехода С(t) через максимумы, а увеличение – в моменты перехода через нуль. В моменты спада емкости напряжение uc(t) получает приращение, поскольку заряд конденсатора не может мгновенно измениться. Это означает, что энергия электрического поля в конденсаторе периодически получает приращение, а это эквивалентно увеличению средней мощности сигнала.

Если прирост энергии, обусловленный одним скачком (вниз) емкости С(t), не превышает расхода энергии за время Т, то параметрическая цепь устойчива, в противном случае возникает параметрическое возбуждение колебаний. Таким образом, регулируя относительную величину ∆С/C0 , т.е. глубину модуляции параметра С , можно осуществить как параметрическое усиление, так и параметрическую генерацию.

Технически осуществляют не скачкообразное изменение емкости, а изменение по гармоническому закону с соответствующей фазой. Это напряжение подается от генератора накачки.

Если амплитуда сигнала выбрана значительно меньше амплитуды накачки, то можно пренебречь изменением емкости под действием сигнала и считать, что закон изменения емкости определяется лишь одним управляющим напряжением. В этом случае



где , ÿ - начальная фаза.

Полный ток через емкость определяется как

Так как составляющая тока с частотой не попадает в полосу прозрачности контура, то ток в цепи источника сигнала является суммой двух токов: на частоте w и на комбинационной частоте , близкой w . Первый из этих токов, сдвинутый по фазе относительно сигнала e(t) на угол 900 , не может создавать активную проводимость – ни положительную, ни отрицательную. С точки зрения получения эффекта усиления интерес представляет комбинационное колебание разностной частоты, особенно в случае, когда . Амплитуда этого тока равна При этом мощность, отдаваемая источником сигнала, определяется как

где Gэкв - эквивалентная активная проводимость, учитывающая расход мощности источника сигнала.

Рис.2 иллюстрирует три характерных режима работы параметрической цепи с изменяющейся емкостью.

Рис.3

 

В первом случае (ÿ =0) изменение запаса энергии в емкости за период равно нулю, при этом Gэкв=0.

В случае имеет место максимальное нарастание С(t) при переходе сигнала через максимумы, при этом часть энергии, запасенной в емкости, переходит в устройство, изменяющее емкость. По отношению к источнику сигнала это равносильно шунтированию постоянной емкости С0 положительной активной проводимостью , в третьем случае, когда , активная проводимость отрицательна, т.е. . Отрицательная активная проводимость учитывает приток энергии от генератора накачки в цепь, содержащую С(t) .

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Общие понятия о параметрических цепях 3

Импульсная характеристика и передаточная функция

параметрической цепи 4

Принцип параметрического усиления 9

 

 

Список литературы

1. Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.