參量放大器

　　利用時變電抗參量實現低雜訊放大的放大電路。例如，在變容二極體的兩端外加一個週期交變電壓時，其電容參量將隨時間作週期變化。若把這一時變電容接入信號回路中，且當電容量變化和信號電壓變化滿足適當關係時，就能使信號得到放大。外加的交變電壓源稱為泵浦源。利用鐵芯非線性電感線圈和電子束的非線性等也能構成參量放大器。

　　參量放大的原理在30年代就已出現，但直到50年代後期，可在微波頻段工作的半導體變容二極體問世以後才得到發展。這是因為變變容二極管具有很高的Q值，適於制作噪聲電平極低的微波放大器。變容管參量放大器主要用來放大頻率約為1～50吉赫之間的微弱信號。在這個頻率范圍內，它的噪聲特性略差於量子放大器，但結構簡單，維護也很方便。實用參放的噪聲很低，例如，在4吉赫頻段，它的等效輸入噪聲溫度在室溫下可低至50K以下。工作溫度降至20K時，其噪聲溫度可低至10K。

　　圖中是一種參量放大器的原理電路。它由信號頻率回路、泵浦頻率回路和空閑頻率回路(簡稱信頻回路、泵頻回路和閑頻回路)三部分組成。信頻回路調諧於輸入信號頻率f_s，放大後的信號也由此回路輸出。泵頻回路用以使泵浦電壓耦合到變容管，使其電容量隨泵頻f_P作周期變化。閑頻回路允許存在第三個頻率、即空閑頻率f_i的電流，以保證有合適的電容變化相位而獲得放大功能。這種放大器的原理是：當信號使變容管引起較大的瞬時電荷時，加在變容管兩端的泵頻電壓和閑頻電壓正好使電容值變小，從而提高電容上的信號電壓分量；而當信號電壓引起的瞬時電荷小時，則電容值變得較大。在這一過程中，就一個周期平均而言，是使泵源能量轉變為信號能量，使微波信號得到放大。從電路角度來看，相當於信頻回路呈現一等效的負電導，而使信號電流增大，或使輸入信號得到放大。當信號頻率、泵浦頻率和空閑頻率三者成f_P＝f_s+f_i的關系時，就能滿足所要求的相位關系。

　　變容管參量放大器按工作方式區分，有負阻式放大器和上變頻式放大器兩大類。前者可分為信號頻率和空閑頻率大致相等的簡並式放大器（這時信頻回路可兼作閑頻回路）和不相等的非簡並式放大器。簡並式放大器可用於射電天文接收機等雙帶運用的場合，這時信號頻率和空閑頻率的能量都被作為輸出“信號”而加以利用。非簡並式參量放大器作單帶運用（通常隻用信號頻率）時，噪聲較低，設計靈活，使用較廣。

　　上變頻式參量放大器實際上是一個有增益的參量變頻器（見混頻器）。它的等效電路類似於負電導參放的等效電路，但其中的閑頻回路被調諧於f₀＝f_s+f_P，並作為輸出信號回路。其理論上的最大增益為f₀／f_s。這種參放的特點是輸入、輸出回路有較好的隔離，增益穩定，但增益較低，應用不廣。

　　變容管參量放大器的內部噪聲主要來自變容管寄生電阻的熱噪聲。使變容管(或整個參放)在溫度很低(77K或更低)的環境下工作，可以大大降低噪聲，這種參量放大器也稱為致冷式參量放大器，簡稱冷參。由於變容管質量已大為提高，工作在常溫或用小型半導體致冷器使之冷卻到-40℃的參放，也可以獲得良好的噪聲性能。這種參量放大器簡稱為“常參”，與冷參相比，它具有結構簡單、可靠性高、造價低、維修方便等優點。

　　

參考書目

　P. Penfield， Jr. and R. Rafuse， Varactor Applications，MIT Press，Boston，1962.