Главная  Электронные лампы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [ 51 ] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]


Рис; 9.18, Параметрическое возбуждение колебаний в контуре путем изменения его емкости.

{Ршттг:д рбЖИМаХ рЭбОТЫ.

Рассмотрим сущность процесса параметрического возбуждения и усиления колебаний.

Следует отметить, что еще Фарадей в 1831 г. исследовал явление параметрического возбуждения колебаний в механических системах, т. е. возникновение колебаний за счет периодического изменения параметра системы при отсутствии внешней периодической силы, действующей на систему. В 1883 г. Рэлей опубликовал

результаты исследования параметрического возбуждения колебаний в камертоне. В 1920-1930 гг. параметрическое возбуждение и усиление электрических колебаний в нашей стране изучали академики Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси. В 1954 г. советский ученый Б. М. Вул предложил использовать для параметрического усиления зависимость емкости р - /г-перехода полупроводникового диода от подводимого напряжения.

Разработка параметрических усилителей началась в 1957-1958 гг.

Явление параметрического возбуждения колебаний было открыто более 100 лет назад, однако достаточно полное теоретическое и экспериментальное исследование этого явления осуществлено в последние годы.

Известно, что для поддержания незатухающих колебаний в любой колебательной системе необходимо все время добавлять извне некоторое количество энергии для компенсации потерь в этой системе. Так, раскачивание качелей может быть осуществлено за счет энергии, сообщаемой качелям во время толчков, совпадающих по частоте и направлению с собственными колебаниями качелей.

При возбуждении колебаний в колебательном контуре энергия вводится в него от источника переменного тока резонансной частоты.

Очевидно, что как в случае механических колебаний качелей, так и в случае электрических колебаний в контуре ввод энергии в систему осуществляется непосредственно от источника (прямым путем).

Однако существует и Другой (косвенный) способ ввода энергии в колебательную Систему - путем изменения одного или нескольких «энергоемких» параметров самой системы. В колебательргом контуре такими параметрами являются индуктивность н емкость.

На рис. 9.18, а показан колебательный контур, состоящий из индуктивности L и конденсатора С, емкость которого может меняться в результате перемещения одной из его пластин. Сопротивление R характеризует активные потери в контуре. Допустим, что к контуру приложено небольшое переменное синусоидальное напряжение с частотой /, Тогда напряжение и заряд на пластинах конденсатора будут изменяться по синусоидальному закону (рис. 9.18, б). Будем раздвигать пластины конденсатора в момент, когда напряжение на нем максимально, и сближать их, когда это напряжение равно нулю.

Кривая, характеризующая механическое перемещение пластин конденсатора, показана на рис. 9.18, е: стрелка, направленная вверх, соответствует раздвиганию, а стрелка, направленная вниз, - сближению пластин копдепсатора. Так как напряжение па конденсаторе в течение одного периода дважды достигает максимума, механическое перемещение пластин должно происходить с частотой, равной 2/.

Раздвигание пластин конденсатора связано с затратами онроделепной механической энергии на преодоление сил притяжения между пластинами, вызываемых зарядами противоположных знаков. Сближение пластин происходит в момент, когда напряжение на конденсаторе равно нулю. Поэтому никакой затраты энергии прн этом не происходит.



в соответстБии с законом сохранения энергии механическая энергия, затра-чнеаемап на раздвигание пластин, преобразуется в энергию электрического поля в конденсаторе, что приводит к повышению напряжения между его пластинами (рис. 9.18, а).

Известно что между емкостью конденсатора С, зарядом на пластинах q и напря- жением между пластинами U существует зависимость

Кроме того, емкость конденсатора

С = -, (9.4)

где е - диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S - площадь пластин; d - расстояние между пластинами.

Допустим, что напряжение на пластинах конденсатора до раздвигания было равно Ui, а после раздвигания пластин на расстоя)1ие Ad стало равным Uz- Тогда получим

т. е.

(9.5)

Таким образом, относительное изменение напряжения на конденсаторе равно относительному изменению расстояния между его пластинами.

Амплитуда напряжения на конденсаторе будет увеличиваться до тех пор, пока потери в контуре не станут равны вносимой в контур дополнительной энергии, после чего амплитуда колебаний стабилизируется.

В практических схемах параметрических усилителей емкость изменяется не механически, а электрическим путем. Для этого в качестве емкостей используются полупроводниковые параметрические диоды, к р - «-переходам которых прикладывают синусоидальное напряжение от специального вспомогательного гекератбра, называемого генератором накачки.

Соот1Юшения между фазами напряжений генератора накачки и входного сигнала, необходимые для оптимальной передачи энергии в контур, показаны иа рис. 9.18, 5 (напряжение генератора накачки изображено пунктиром).

В настоящее время разработаны параметрические диоды из германия, кремния, арсснида галлия н антимонида и]1дия. допускающие усиление электрических колебаний на частотах более 100 ГГц.

Необходимо отмстить, что на явлении параметрического возбуждения электрических колебаний в контуре основана работа одного из наиболее перспективных переключающих элементов, получившего название параметрон. Сущность работы параметрона заключается в том, что возникшие в результате параметрического возбуждения установившиеся колеба1П1я в контуре параметрона могут находиться в фазах, отличающихся друг от друга на 180".

Уста1ювление того илн иного режима определяется фазой колебаний, подаваемых на вход параметрона. Приписывая одному режиму значение «Ь, а другому «О», можно записывать и хранить в пара.метроне информацию, закодированную в двоичной системе счисления, а такке использовать параметрон в качестве сверхбыстродействующего переключающего устройства.



0 2,6

9.7. ТУННЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Туннельным называется полупроводниковый диод, в котором используется туннельный механизм переноса носителей заряда через р - п-переход и в характеристике которого имеется область отрицательного дифференциаль-2 . ного сопротивления (см. па-

l раграф 7.6). Щ Для изготовления туи-I нельиых диодов используются германий, арсенид и антимонид галлия. Наиболее широкое распространение получили германиевые туннельные диоды.

Вне зависимости от исходного материала основным способом изготовления р - п-перехода туннельных диодов является вплавление. После вплавления перехода для уменьшения его плош,ади (что необходимо для улучшения частотных свойств прибора) переход подвергают электролитическому травлению. Затем диод помеш,ают в металлокерамический корпус, имеюш,ий гибкие выводы. Конструкции некоторых туннельных диодов показаны на рис. 9.19, а, б.

Свойства туннельного диода определяются формой его вольт-амперной характеристики, для снятия которой может быть использо-


Рис; 9.19. Конструкции туннельных диодов;

/ - выводы; 2 - контактная проволочка; 3 - керамическая втулка; 4 •- кристалл полупроводника.


и, и

Рис. 9.20; Схема включения (а) и вольт-ампер на я характеристика (б) туинельцого диода.

вана схема, приведенная на рис. 9.20, а. Механизм туннельного эффекта и особенности вольт-амперной характеристики туннельного диода описаны в параграфе 7.6. Напомним лишь, что на участке ЛБ вольт-ампериой характеристики (рис. 9.20, б) туннельный диод может быть эквивалентно заменен некоторым отрицательным сопротивлением определенной величины.

Однако туннельный диод сам по себе не может быть генератором электрической энергии, так как это противоречит закону сохранения энергии." Дело в том, что отрицательное сопротивление служит удобным математическим символом, а не реальной физической величиной, и означает лишь, что на некотором участке вольт-ампер ной характе-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [ 51 ] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112]

0.0013