参数放大器電(diàn)路仿真与应用(yòng)

2020-06-05

参数放大器電(diàn)路如何工作

参数放大器電(diàn)路提供输入模拟信号的可(kě)调放大和上/下转换。这是通过将第二个正弦信号（称為(wèi)泵信号）施加到非線(xiàn)性電(diàn)抗電(diàn)路元件来完成的。泵浦信号使非線(xiàn)性電(diàn)路元件的電(diàn)抗以与泵浦信号频率相同的频率呈正弦变化。 

如果“非線(xiàn)性電(diàn)抗電(diàn)路元件”的概念含糊不清，请记住您有(yǒu)两个选择：

铁氧體(tǐ)電(diàn)感器或变压器在磁化饱和下运行

甲变容二极管，其具有(yǒu)電(diàn)容是二极管两端的電(diàn)压降的非線(xiàn)性函数

铁氧體(tǐ)需要在高磁场（即输入電(diàn)流）下运行才能(néng)达到饱和。结果，变容二极管通常用(yòng)于参数放大器電(diàn)路中以提供非線(xiàn)性電(diàn)抗。原则上，对输入電(diàn)压/電(diàn)流具有(yǒu)非線(xiàn)性電(diàn)抗的任何组件都可(kě)以在参数放大器電(diàn)路中使用(yòng)。基本的参数放大器電(diàn)路如下所示。

简单的参数放大器電(diàn)路

在上面的電(diàn)路中，变容二极管是元件C3。该RLC電(diàn)路的腿在泵和输入信号可(kě)以被设计為(wèi)欠阻尼，所以泵和输入信号会产生一定的谐振。这允许通过简单地调整输入和泵浦频率来改变变容二极管上的電(diàn)容调制。 

根据基尔霍夫電(diàn)压定律，由于输入源，其RLC支路，R2和C3形成闭环，因此该环路形成了一个具有(yǒu)固有(yǒu)频率和阻尼的周期性调制的阻尼振荡器。这种类型的系统称為(wèi)参量振荡器，通过阻尼Mathieu方程进行描述。

阻尼Mathieu方程

取决于参量放大器電(diàn)路的拓扑，随着泵浦信号的振荡，阻尼，固有(yǒu)频率或两者都可(kě)能(néng)呈正弦变化。在仿真参数放大器電(diàn)路时，SPICE仿真器的作用(yòng)是在时域中求解阻尼的Mathieu方程。

 阻尼Mathieu方程是一个描述具有(yǒu)正弦变化参数的振荡器的通用(yòng)方程，它可(kě)用(yòng)于力學(xué)，人口动力學(xué)，量子力學(xué)，经济學(xué)和天體(tǐ)物(wù)理(lǐ)學(xué)。阻尼Mathieu方程如下所示：

参数放大器電(diàn)路的阻尼Mathieu方程。

注意，由于電(diàn)路参数都可(kě)以是两个電(diàn)压源的函数，两个電(diàn)压源都随时间振荡，因此出现上式中的时间相关性。该電(diàn)路的目的是通过调节泵浦信号的幅度和/或频率来放大（或减小(xiǎo)）输入信号。

上面的参数放大器電(diàn)路将通过混频产生高次谐波和低次谐波。这些谐波在C3处产生，并输出到惰轮電(diàn)路中。仅通过使用(yòng)非線(xiàn)性電(diàn)抗组件（上面的变容二极管）进行混频。電(diàn)路产生的每个谐波以及每个组件的增益在下面的公式中定义。

上图所示的参数放大器電(diàn)路的输出频率和增益。 

惰轮電(diàn)路接收C3产生的所有(yǒu)频率。惰轮電(diàn)路的目的是提供带通滤波。最后，惰轮電(diàn)路提供带通滤波，然后输出所需的频率。