Режим обеспечивается выбором коэффициента включения транзистора 
и коэффициента включения источника сигнала 
, в колебательный контур на входе СУ. В этом режиме при заданной полосе пропускания реализуется минимальный коэффициент шума усилителя. Коэффициенты включения выбираются по формулам
.
,
где (если в СУ используется полевой транзистор)
,
при этом коэффициент шума Ш вычисляется по выражению
.
В диапазоне частот 0.3÷10 ГГц для расчета транзисторных усилителей используются матрицы рассеяния 
. S-параметры связывают падающие ai и отраженные bi - волны, которые выражаются через комплексные амплитуды токов и напряжений İi и Ůi на зажимах транзистора
; 
где W 0 − характеристические сопротивления стандартных линий передачи, подключаемых ко входу (i = 1)и выходу транзистора (i = 2).
Уравнения, связывающие падающие и отраженные волны, записываются в виде
,
.
Обычно S-параметры представляются в показательной форме 
, где | Sij |− модуль соответствующего параметра, а φ ij – фаза в градусах.
В зависимости от значений S -параметров транзистор может находиться в области потенциальной устойчивости (ОПУ), либо в области безусловной устойчивости (ОБУ). В ОБУ транзистор устойчив при подключении к нему произвольных сопротивлений 
со стороны входа и 
со стороны выхода. Условие нахождения транзистора в ОБУ записывается в виде
,
где k у− инвариантный коэффициент устойчивости,
.
Если транзистор находится в ОПУ, то его переводят в ОБУ путем подключения стабилизирующих резисторов.
Обычно СУ СВЧ работают в одном из двух режимов: режиме экстремального усиления, либо режиме, реализующем минимальный коэффициент шума. Режимы работы СУ обеспечивается выбором входных и выходных согласующих цепей, которые включаются между источником сигнала и входом транзистора, выходом транзистора и нагрузкой.
В режиме экстремального усиления реализуется максимальный коэффициент передачи СУ по мощности. При этом
.
Для реализации этого режима необходимо выполнить условия согласования соответствующих импедансов сопротивлений транзистора, как со стороны его входа, так и со стороны выхода.
Параметрические усилители
Активным элементом параметрического усилителя (ПУ) является нелинейная емкость перехода параметрического диода 
. Величина этой емкости зависит от приложенного к диоду напряжения u. Усиление сигнала в ПУ осуществляется за счет передачи энергии вспомогательного генератора, называемого генератором накачки, входному сигналу с помощью периодически изменяющейся емкости , изменения которой обусловлены воздействием напряжения генератора накачки на параметрический диод. Передача энергии эквивалентна внесению во входной контур усилителя, настроенного на частоту усиливаемого сигнала f с, отрицательного сопротивления, что приводит к регенеративному характеру процесса усиления.
В настоящее время из всех разновидностей ПУ в диапазоне СВЧ применяют в основном двухчастотные регенеративные параметрические усилители. В этих ПУ наряду с сигналом накачки с частотой f н используют сигнал на холостой частоте f х = f н – f с , возникающий при взаимодействии входного сигнала и периодически изменяющейся емкости. .
В зависимости от соотношения частот f х и f с различают два вида двухчастотных ПУ: двухконтурный (ДПУ) и одноконтурный (ОПУ). В ДПУ частоты f х и f с значительно отличаются, так что для их выделения в усилителе имеются отдельные контуры, причем холостой контур не имеет связи с входом, который также является и выходом усилителя. На рис. 6 изображена эквивалентная схема ДПУ. Параметрический усилитель работает на отражение и поэтому использует ферритовый циркулятор (с волновым сопротивлением W) для разделения входного и выходного сигналов.
Входной сигнал P с вх, подводимый через циркулятор к ПУ в виде падающей волны, возбуждает отраженную волну сигнала P с вых, мощность которой в результате усиления превышает мощность падающей в 
раз. К первому плечу циркулятора (Ц) подключены: реактивные четырехполюсники 
и 
, трансформирующие сопротивления источника сигнала W и сопротивление генератора (
) накачки R г к клеммам полупроводниковой структуры диода, фильтры 
, 
, 
, пропускающие только частоты f с, f х, f н , параметрический диод с нелинейной емкостью и эквивалентным сопротивлением потерь r и генератор накачки (). К третьему плечу циркулятора подключена нагрузка 
. Минимальная шумовая температура параметрического усилителя 
определяется выбранной величиной Kp и динамической добротностью диода 
,
где 
,
,
f кр − критическая частота диода.
Критическая частота диода представляет собой такую частоту сигнала, до которой одноконтурный параметрический усилитель, собранный на этом диоде, может усиливать входной сигнал, т.е. обеспечивать 
. Величина f кр определяется типом диода и режимом его работы и может быть оценена по выражению
,
где 
− коэффициент модуляции емкости диода,
,
, u нор.обр, 
- параметры диода:
− контактная разность потенциалов полупроводниковой структуры,
u нор.обр − нормируемое обратное напряжение
τ(u 0) − постоянная времени диода при выбранном напряжении смещения u 0.
Оптимальные значения холостой частоты и частоты накачки, при которых шумовая температура ПУ минимальна, могут быть рассчитаны по выражениям
,
.
Минимальный коэффициент шума ПУ (ПУ с идеальным циркулятором без потерь) определяется как
.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ
