Моделирование колебательных процессов (на примере физических задач). Щеглова И. Ю - 122 стр.

122      Моделирование параметрических колебаний в колебательном контуре


                          ωo
      Область значений       и μ, при которых возможна раскачка системы с
                          ωн
затуханием, сужается (на рисунке она показана штрихованной площадью).
Разумеется, при росте затухания эта область еще более сократится, а при
больших затуханиях возбуждение может оказаться невозможным. При
относительных частотах, равных
     ωo    1
        = n , n = 2,3...,
     ωн    2
возбуждение также возможно, но осуществить его труднее, так как накачка
энергии происходит при этом реже, чем при п = 1 .
      Справедливость этих рассуждений была экспериментально доказана
академиками Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси в 30-х годах. Они
создали низкочастотные параметрические машины, где изменение емкости
достигалось вращением пластин переменного конденсатора, а изменение
индуктивности – периодическим введением в зазор между двумя катушками
металлического диска. В диске возникали сильные вихревые токи; магнитное
поле этих токов накладывалось на магнитное поле токов катушек и меняло
его, что равносильно изменению индуктивности. Возбуждаемые таким
образом колебания с частотой в несколько килогерц не нашли
практического применения.
      В конце 50-х годов нашего века идея параметрического возбуждения нашла
выход в практику. В эти годы были созданы полупроводниковые приборы,
представляющие комбинацию двух разнородных веществ, на границе между
которыми происходит перераспределение носителей зарядов и возникает скачок
потенциала. Границу раздела (р-n-переход) можно уподобить конденсатору,
имеющему емкость:
          q
     C= ,
         U
где U – скачок потенциала, q – перераспределившийся заряд. Если приложить к
прибору переменную разность потенциалов, то она изменит электрическое
состояние на границе раздела, и это можно уподобить изменению емкости.
Таким образом, при наложении переменной разности потенциалов емкость
перехода будет периодически изменяться. Напряжение, меняющее емкость по
заданному закону, является напряжением накачки. Если одновременно к
прибору, включенному в колебательный контур, подводить еще и напряжение
вдвое более низкой частоты, то можно добиться параметрического усиления
этих более медленных колебаний – на этом принципе работают параметрические
усилители.
      Преимущество параметрических усилителей заключается в их
компактности, способности работать на очень высоких частотах и в малой
величине собственных шумов – именно в этом отношении они и превосходят
другие системы высокочастотных усилителей.