КРИОЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

Усилитель электро-магн. колебаний, в котором эффект усиления реализуется при криогенных температурах (ниже 120 К). Гл. отличит, особенность К. у. - малый уровень собств. шумов, достигаемый при охлаждении усилителя. Наиболее распространённые К. у.: квантовый парамагн. усилитель, криоэлект-ронный параметрич. усилитель, криоэлектронный транзисторный усилитель. В основе работы квантового парамагнитного усилителя лежит явление вынужденного излучения возбуждённых ионов (см. Квантовый усилитель). Активной средой в таком усилителе служат диэлектрич. кристаллы с небольшой примесью парамагн. ионов. Эффективное усиление достигается при охлаждении кристаллов до гелиевых температур (~4,2 К). Шумовая температура активных сред квантовых парамагн. усилителей обычно не превышает 5 К, однако из-за собственных потерь подводящих волноводов (даже с учётом их охлаждения) шумовую температуру квантовых парамагн. усилителей в целом не удаётся получить меньше 10 К.

Принцип действия криоэлектронного параметрического усилителя основан на явлении параметрич. усиления входного сигнала с помощью охлаждённого до низких температур элемента с нелинейным реактивным параметром. Наибольшее распространение в криоэлектронных приёмно-усилительных системах СВЧ диапазона получили параметрич. усилители отражат. типа, в которых в качестве элемента с нелинейным реактивным параметром (ёмкостью) используется охлаждаемый ПП диод. Охлаждение позволяет не только снизить уровень собств. шумов в диоде и во всём усилит, тракте, но и улучшить нелинейные свойства диода. Диодные криоэлектронные параметрич. усилители применяются преим. в деци- и сантиметровом диапазонах длин волн; ведутся работы по освоению диодных параметрич. К. у. миллиметрового диапазона. Величина устойчивого усиления на каскад диодного К. у. составляет примерно 10-13 дБ; полоса пропускания 102-103 МГц при шумовой температуре 10-30 К (зависит от уровня охлаждения, рабочего диапазона частот и частоты накачки). По шумовым параметрам диодные К. у. сравнимы с квантовыми парамагн. усилителями, но превосходят их по полосе пропускания и уровню насыщения.

В наст, время (нач. 90-х гг.) ведутся исследования оптим. условий использования сверхпроводящих джозефсоновских переходов (см. Джозефсона эффект) в сверхпроводящих криоэлектронных параметрич. усилителях СВЧ диапазона. Нелинейным реактивным параметром таких К. у. является индуктивность джозефсоновского перехода, обусловленная инерционностью сверхпроводящих электронных (куперовских) пар, приводящей к фазовому сдвигу между током и напряжением в переходе. Важное преимущество сверхпроводящих параметрич. К. у. перед полупроводниковыми заключается в использовании собств. генерации джозефсоновского перехода в качестве сигнала накачки, что позволяет существенно упростить конструкцию усилителя. Разработаны параметрич. К. у. на основе сверхпроводящих квантовых интерферометров - сквидов.

Транзисторный К. у.- устройство на базе охлаждаемого малошумящего полевого транзистора. Используется в криоэлектронных приёмно-усилит. системах в качестве входного или вторичного усилителя (после криоэлектронного параметрич. или квантового парамагн. усилителя), предварит, усилителя промежуточной частоты (после криоэлектронных смесителей), видеоусилителя (после криоэлектронного детектора входных сигналов) и т. п. Область частот сигналов, усиливаемых криоэлектронным транзисторным усилителем, охватывает диапазон от нуля (пост, ток) до 10" Гц (миллиметровыеолны) с полосой пропускания до ~30% и более; уровень насыщения не менее 10 - 5 Вт (превышает уровень насыщения параметрич. К. у. примерно на два порядка).

По шумовым параметрам транзисторные К. у. в СВЧ диапазоне несколько уступают параметрич. К. у. при одинаковом уровне охлаждения. У лучших образцов транзисторных К. у. при охлаждении до температуры, близкой к температуре жидкого водорода (20,4 К), получено значение шумовой температуры 15-20 К в диапазоне частот 4,5 ГГц при полосе пропускания 15%. При увеличении частоты эти параметры несколько ухудшаются (шумовая температура 30-35 К на частоте 10 ГГЦ при полосе пропускания 10%).

Copyright © 2002 - 2017 Ravnopravie.kharkov.ua. All Rights Reserved.