1. Дайте определение параметрической цепи. На основе каких элементов и каким образом реализуются параметрические цепи?

2. Чем принципиально отличаются спектры тока в параметрической резистивной и емкостной цепи при гармоническом воздействии от спектра тока в нелинейной цепи?

3. Изобразите семейство резонансных кривых нелинейного колебательного контура для различных амплитуд входного сигнала. Объясните теоретически вид резонансных кривых.

4. Понятие резонансного сопротивления в параметрическом колебательном контуре.

5. Объясните физические процессы в колебательном контуре при параметрическом возбуждении колебаний.

6. Понятие критического значения коэффициента вариации параметрической емкости, как оно зависит от частоты накачки?

7. Изобразите схему одноконтурного параметрического усилителя и объясните принцип ее работы.

8. Особенности синхронного и асинхронного режимов параметрического усиления, спектр и форма выходного сигнала.

9. В чем отличие условий работы одноконтурного параметрического усилителя от одноконтурного параметрического генератора?

10. Энергетические соотношения Мэнли-Роу, использование их для анализа одноконтурного параметрического усилителя.

11. Режимы усиления в двухконтурном усилителе (с приведением спектральных диаграмм).

12. В чем достоинства параметрических усилителей?

13. Изложите содержание лабораторного задания к данной работе.

5 Описание лабораторного макета

Исследование процессов параметрического возбуждения и усиления колебаний выполняется на функциональном модуле № 5. Используется двухконтурная параметрическая цепь (рисунок 7). В качестве параметрических элементов использованы стабилитроны Д815В. В одну из диагоналей моста подано напряжение смещения и напряжение накачки (гнездо 3), в другую диагональ включены 2 последовательно соединенных колебательных контура. Первый из них настроен на частоту 20 кГц, второй на частоту 160 кГц. Операционный усилитель, включенный во вторую диагональ моста, практически исключает прохождение напряжения накачки на выход схемы, что улучшает форму выходного сигнала при генерации и усилении. Модуль № 5 позволяет исследовать следующие схемы: одноконтурный и двухконтурный параметрический генератор; одноконтурный параметрический усилитель в асинхронном режиме; двухконтурный параметрический усилитель в режимах регенеративного усиления и с преобразованием по частоте “вверх”.

Рисунок 7 – Блок 5

6 Лабораторное задание

1. Ознакомиться с лабораторной установкой и используемыми в работе измерительными приборами.

2. Снять и построить зависимость резонансной частоты параметрического колебательного контура с нелинейной емкостью от напряжения смещения на варикапах.

3. Получить параметрические колебания в колебательном контуре.

4. Исследовать зависимость критического значения напряжения накачки при расстройке относительно оптимального значения частоты накачки, равного удвоенной резонансной частоте параметрического контура.

5. Получить параметрическое усиление колебаний в одноконтурном усилителе при бигармоническом режиме и определить коэффициент усиления по напряжению. Зарисовать форму выходного напряжения.

6. Исследовать процессы параметрического возбуждения и усиления колебаний в двухконтурной схеме.

7 Порядок выполнения работы

1. Включить лабораторную установку и приборы.

2. Снять и построить зависимость резонансной частоты нелинейного колебательного контура от напряжения смещения на варикапах. Для этого на вход 1 подать напряжение от звукового генератора с амплитудой 1 В и частотой в пределах 20...25 кГц. Напряжение смещения изменять в пределах от -6 В до -1 В (3–4 точки). Значение резонансной частоты колебательного контура будет равно частоте генератора, при котором напряжение на контуре (гнездо 2) имеет максимальное значение (контролируется с помощью вольтметра). Выходной сигнал наблюдается также на экране осциллографа.

3. Получить параметрическое возбуждение колебаний в одноконтурной схеме. Напряжение смещения установить равным -3 В. Напряжение накачки подается от звукового генератора (гнездо 3), амплитуда примерно 1 В. Изменяя частоту напряжения накачки в пределах 35…50 кГц, добиться возникновения колебания в контуре (гнездо 2) – наблюдается на экране осциллографа. Убедиться, что частота генерируемых колебаний в 2 раза меньше частоты накачки (записать значение частоты накачки).

Исследовать зависимость порогового (критического) напряжения накачки от частоты накачки. Критическое напряжение накачки определяется как минимальное напряжение накачки, при котором возникают (или срываются) параметрические колебания. Напряжение смещения установить равным -3 В. Частоту накачки изменять с шагом от 0,5 кГц относительно частоты 2f_рез при смещении -3 В по пункту 2 (увеличивая или уменьшая). Построить кривую зависимости U_{н кр} = f(f_н), определить по ней величину оптимальной частоты накачки и соответствующее ей критическое напряжение накачки.

4. Получить параметрическое усиление колебаний в одноконтурном усилителе при оптимальной частоте накачки, найденной в разделе 3. Амплитуда напряжения накачки устанавливается несколько меньше критического значения, полученного в предыдущем пункте, чтобы не возник режим генерации схемы. Усиливаемый сигнал подается от внешнего генератора на вход 1, частота его равна половине частоты накачки, амплитуда порядка 0,1 В. Наблюдать на осциллографе бигармонический режим усиления колебаний (биения) в первом колебательном контуре (гнездо 2). Напряжение на выходе измеряется при помощи милливольтметра.

Примечание:

Для получения наибольшего усиления рекомендуется производить подстройку в небольших пределах частоты накачки и частоты входного сигнала, добиваясь максимума напряжения на выходе.

Определить коэффициент усиления одноконтурного параметрического усилителя как отношение величины выходного напряжения на контуре при наличии напряжения накачки к величине напряжения при отсутствии напряжения накачки. Зарисовать форму выходного напряжения.

5. Получить параметрическое возбуждение колебаний в двухконтурной схеме. Для этого напряжение накачки подать на вход 3, амплитуда 1 В, частота равна сумме резонансных частот первого и второго контура (приблизительно 180…190 кГц). Добиться возникновения параметрического возбуждения колебаний путём изменения частоты и амплитуды напряжения накачки. Аналогично пункту 3 найти оптимальную частоту накачки и соответствующее ей критическое напряжение накачки. С помощью осциллографа убедится, что в двухконтурной схеме частота колебаний в каждом контуре отличается от частоты накачки, т.е. имеет место возбуждение с преобразованием частоты.

6. Получить параметрическое регенеративное усиление колебаний в 2-х контурной схеме. Для этого ко входу 1 подключить звуковой генератор в качестве источника усиливаемого сигнала. При подключенном генераторе и амплитуде входного сигнала от 1 до 3 мВ установить, с учётом предыдущего пункта, оптимальную частоту генератора накачки и амплитуду несколько меньше критического значения. Далее установить на генераторе входного сигнала, подключенного ко входу 1, напряжение порядка 10 мВ и частоту, равную резонансной частоте первого контура. Наблюдать усиление колебаний в 2-х контурном усилителе – на первом контуре, или на втором контуре. Убедиться, что усиление осуществляется без биений, на частоте входного сигнала в первом контуре (регенеративный режим усиления), и с "преобразованием по частоте вверх" во втором контуре. Определить коэффициент параметрического усиления аналогично пункту 4.

Примечание:

Пункты 5 и 6 могут быть рекомендованы для выполнения в рамках работы исследовательского характера.