Фомин Н.Н., Буга Н.Н., Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства. Под ред. Н.Н.Фомина (2007) (1095358), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Эквивалентная схема ТД представлена на рис. 3.23, а его ВАХ вЂ” на рис. 3.24. С помощью низковольтного источника постоянного напряжения с малым внутренним сопротивлением рабочая точка (ь>с, 1с) устанавливается вблизи перегиба падающего участка ВАХ. В этом случае значение отрицательного дифференциального сопротивления ТД определяется наклоном ВАХ: — л = г1н!г1>' и для реальных приборов составляет несколько десятков ом; Я, — сопротивление потерь диода; С.
— емкость открытого р-»-перехода„ С, — емкость корпуса; 2., — индуктивность корпуса и выводов. Туннельный диод обычно включаю~ по отражательной схеме, резонатор образуется внешней индуктивностью элементов настройки и емкостями диода. Если пренебречь, как это часто делается, емкостью корпуса С„а Л, включи~ь в индуктивность резонатора Л,, то с учетом схемы, показанной на рис. 3.23, эквивалентную схему сигнального кон~ура (см.
Рис, 3.22) можно представить в виде рис. 3.25. ив Рис. 3.24 Рис. 3.2З Усилители радиосигналов 109 Рис. 5.25 Полное сопротивление этого контура Л . ~ С„л 7 =Л,— ...ч-)сэ! гэ,— ! +оз С„А '( ' 11-от С„Л ! ГдЕ гт', =- гг„+ Л Ь )ГС, ~ Для устойчивой работы усилителя на частоте сигнала должны выполняться условия Л .
С„Л Кех =А,— ...>О; )щи=ф— „", =О.(3.83) 1-;сэ фР' !его С„Н Второе из этих условий — условие резонанса выполняется на частоте гос — ' (3,84) Подставив (3.84) в (3 83), получим условие устойчивой работы усилителя на этой часто~с: )т,>Е„!С„Л, где А„/С.гг — эквивалентное отрицательное сопротивление ТД с учетом трансформирующих свойств контура. Поскольку ТД обладает отрицательным сопротивлением в весьма широком диапазоне частот, от постоянного тока до прс- ° .» В - ° Гсе,,—,/ЕГ Л71 ГГ„, - ° р И ° противление становится положительным, необходимо принимать меры для предотвращения самовозбуждсния релаксационных колебаний, нс контролируемых резонансным контуром. Для исключения высокочастотных паразитных колебаний следуе.г обеспечить условие Л > гт'„а для исключения низкочастотных — л > тт', + ггл где )т, — внутреннее сопротивление источника питания.
Чтобы облегчить выполнение этих условий, параллельно ТД включают стабилизирующую цепь, состоящую из резистора гг'„и дополнительного контура, уменьшающего влияние Яс, на рабочей частоте. Вне рабочей полосы частот Ас, шунтируст основной контур и повышает устойчивость усилителя. Рсзонанспый коэффициент усиления рассчитывается по получаемой на основе (3.80) формуле где коэффициент регенерации и = Л,,~С„1И,. 4К Н, (1 — сс! З>0 гллвл з Для получения устойчивого режима приходится ограничиваться значениями а = 0,7...0,8, при этом возможно устойчивое усиление Кр„= 16...18 дБ.
У современных ТД ЖХ=40...100 Ом, А,=15...7 Ом, С„=О 2...2 пФ, А, < 0,05...0,3 нГн. При таких параметрах вклад в значение частоты вычитаемого (3.80) незначителен, и им можно пренебречь, считая, что сигнальный контур — простой последовательный с резонансной частотой ы =1/ /ь,С,. При таком допущении полоса пропускания усилителя на уровне половинной мощности определяется выражением Пк>- -(1 — а)/2тЫС„.
Обычно усилители на ТД имеют относительную полосу усиливаемых частот Пгы//,' 6...7%, а для расширения полосы пропускания применяют специальные корректирующие цепи. Основными источниками шумов в усилителях на ТД являются дробовые шумы открытого р-и-перехода и тепловые шумы сопротивления потерь диода Я,. Интенсивность тепловых шумов определяется на основе формулы Найквиста (см. з 1.6), а средний квадрат тока дробовых шумов открытого р-л-перехода, как следует из формулы Шотки, / „„ = 2г/!П,„, где д — заряд электрона; 1— постоянный ток перехода. Считая, что усилитель имеет комнатную температуру (Т= Т,), и пренебрегая тепловыми шумами малого собственного сопротивления резонатора, можно записать выражение для коэффициента шума усилителя на ТД: >1, 9//оРсц + /! ) /1, (/1сц+ '~ ) Ш =1+ — '+ ' =1+ — '+19,67, >тсц 2/г/олсц ~'сц лсц где 6> — постоянный ток диода в рабочей точке, второе слагаемое отражает влияние тепловых шумов, третье — дробовых.
Видно, что чем меньше Я, и /ь тем меньше коэффициент шума. Г!ри выполняемом обычно соотношении Я, «Ясц основной вклад вносят дробовые шумы; потери, вносимые ФЦ, увеличивают коэффициент шума усилителя на 0,5...1 дБ, а потери в стабилизирующей цепи— еще на 0,5 дБ. Конструкция усилителя на ТД определяется диапазоном рабочих частот. В дециметровом диапазоне применяются полосковые конструкции, в сантиметровом — полосковые и волноводные.
Усилители на ТД обладают хорошими массогабаритными показателями, экономичностью, возможностью микроминиатюризации. Б(а частотах выше 3 ГГц шумовые параметры таких усилителей не превосходят показателей смесителей на диодах с барьером Шотки (ДБШ) и неохла>кдаемых усилителей на ПТШ. Совре- Усилители радиосигналов менные усилители на ТД работают на частотах до 20 ГГц, обеспечивая усиление 13...20дБ на каскад при коэффициенте шума 5...6 дБ в полосе !0...15 ",4. Их недостатками являются малая мощность насыщения и низкая устойчивость к перегрузкам мощностью СВЧ. Поэтому в настоящее время эти усилителя практически вытеснены транзисторными и если применяются, то лишь в простых приемниках прямого усиления и некоторых других.
В радиоприемниках СВЧ возмо>кно использование и регенеративных усилителей на ДГ. Этот прибор, как известно, представляет собой однородно легированный кристалл многодолинного полупроводника, чаще всего арсенида галлия электронной электропроводности (г>-ОаАЗ) или фосфида индия, с нанесенными на него с обеих сторон омическими контактами. Отрицательная дифференциальная проводимость ДГ 6 = г(ьтг>гг < 0 являешься следствием эффекта междолинного переноса электронов, .характерного для полупроводников, имеющих в зоне проводимости несколько областей. Диоды Ганна используются в основном для создания генераторов небольшой мощности в диапазоне частот 4...60 ГГц, однако могут работать и в усилительных режимах. Тот или иной режим определяется сочетанием внешней цепи и параметров диода, из которых основным является произведение ггс1, где >г, — концентрация легирующих донорных примесей, см, ! — длина активной части ДГ, мкм.
Обычно ! = 1... 100 мкм, л, = 2.10"...2 10 "см '. Один из возможных усилительных режимов возникает при г>,1< 1О см и отличается постоянным во времени пространственно неоднородным распределением поля, характеризующимся наличием статических слоев пространственных зарядов (доменов) вблизи анода или катода. При таком распределении поля связь между напря>кением и током в диоде выра>кается статической ВАХ (рис.
3.26), обладающей падающим участком, соответствующим наличию отрицательной проводимости. Физически появление отрицательной проводимости обусловлено инерционностью статического домена. которая вызывает запаздывание напряжения на Опор Рис. 3.26 ГЛАВА З 112 диоде относитслыю полного гока, определяемого внсцшим напряжением СВ "1, на угол 0,5л «р < 0,5л. Отрицательная проводимость имеет место в узкой полосе частот вблизи пролетной частоты )„р= ~Л, где г — дрсйфовая скорость носителей, и гармоник 1,р, поэтому на основе такого режима люгут быть построены лишь узкополосные регенеративные усилители. Широкополосное отрицательное сопротивление, а следовательно, и усиление мокнут быгь реализованы с использованием коротких (! = 10 мкм) диодов при «свсрхкритичсском» легировании лр! > (1,5...6) 10н см, т.с.
на самой границе области устойчивости или дамяе в области неустойчивости при лр! > 10' см . Выбор большого постоянного напряжения на диоде (у«=(3...4) (l„„„(см. рис. 3.26) и определенной нагрузки позволяет настолько увеличить время формирования домена, что он не успевает сформироваться за период частоты сигнала и реализуется стабильная отрицательная проводимость в широком диапазоне частот. Предназначенные для работы в таком режиме Д1' должны отвечать определенным жестким требованиям. па их основе могут строиться весьма широкополосные усилители (с полосой порядка октавы) с коэффициентом усиления до 20 дБ на каскад.
Вследствие более высокого, чем у ТД, уровня шумов (П)=- = 8...22 дБ) ДГ не применяются для построения МШУ, но могут использоваться в Урс! простых приемников СВь!, особенно в трансиверах, а также в ГТ супергетеродинов. Поскольку усилители на 3!ПД обладают ец1е большими шумами (Ш = 25...40 дБ), в радио- приемной технике они практически нс применяются. 3.11. ПОЛОСОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ Как следует из структурной схемы супергетсродинного приемника (см. рис, 1.4, в), УПь! работают на фиксировашюй частоте /„р, обеспечивая усилснис принимаемого сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы демодулятора, а также формируя АЧХ линейного УТ, опрсделяюнрую его избиратсльность по соседнему каналу. Для повышения помехоустойчивости присма усзановлен международный ряд значений („р, которые запрещается использовать в качсстве несущих.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
