Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 70

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 70)

Увеличение запирающего напряжения на переходе расширяет обеднённыйслой, что приводит к уменьшению величины барьерной ёмкости СБ. Диоды с явно выраженной нелинейностью барьерной ёмкости носят название варикапов.11 В общем случаезависимость барьерной ёмкости p – n-перехода от величины обратного напряжения напереходе описывается выражениемС0СБ  СВ ,(18.4) е 1  П  0 где СВ – ёмкость варикапа, равная барьерной ёмкости перехода; С0 – начальная ёмкостьперехода при напряжении на переходе еП = 0;  0 – контактная разность потенциалов, тоесть напряжение на переходе при отсутствии внешнего напряжения (  0 = 0,4…0,6 В – длякремниевых диодов и  0 = 0,2…0,3 В – для германиевых диодов); γ – коэффициентp – n-перехода, зависящий от распределения примесей в переходе, имеющий величину 1/3при «плавном переходе» (диффузионный тип перехода) и 1/2 при «резком переходе»(сплавной тип перехода).

Возможны и другие значения 1/3 ≤ γ ≤ 1/2, а также значенияγ = 1…2 для «сверхрезких переходов». На рис.18.6 показаны зависимости нормированнойёмкости p – n-перехода (18.4) при разных γ: 1/3; 1/2; 1.СБС0СД1еП < 00,751/30,5еП > 01/20,251еП05432Рис.18.6100Е/еПРис.18.7Второй тип нелинейной ёмкости – диффузионная ёмкость СД выявляется при открытом состоянии диода и обусловливается избыточной концентрацией неосновных носителей, инжектированных по одну сторону p – n-перехода.

При еП < 0 диффузионная ёмкостьСД = 0 и резко увеличивается по мере приближения еП к Е / – напряжению, при которомоткрывается диод (по величине напряжение Е / равно  0 , но имеет противоположную полярность). Характер зависимости диффузионной ёмкости диода показан на рис.18.7. Диффузионная ёмкость СД p – n-перехода диода на несколько порядков превышает его барьерную ёмкость СБ. При отпирании диода диффузионная ёмкость перехода СД добавляетсяк его барьерной ёмкости СБ. Резкое увеличение ёмкости p – n-перехода при его открыва11От английских слов Variable Capacitance – переменная ёмкость. Первоначально такие диоды использовались для электронной перестройки контуров путём изменения запирающего напряжения на полупроводниковом переходе диода.296нии увеличивает накапливаемый на ней заряд и ток через неё, что способствует увеличению преобразуемой диодом мощности.

ДНЕ, работающие с открыванием перехода, носятназвание варакторов и специально предназначены для умножения частоты.На рис.18.8 показано изменение результирующей ёмкости ДНЕ с открыванием перехода – варактора (СВ + СД).При использовании ДНЕ в УЧ к нему прикладывается обратное напряжение постоянной величины, опре(С0 + СД)деляющее рабочую точку диода.

Если обозначить этонапряжение ЕВ РТ, то ёмкость варикапа в рабочей точкесогласно (18.4)С0С В РТ .С0 Е1  В РТ СВ РТ0 0еПЕВ РТСоответственно вместо (18.4) для ёмкости варикапа (баРис.18.8рьерной ёмкости) можно записать:   Е 0В РТ .С В  С В РТ (18.5)( 0  еП )Результирующее напряжение на переходе варикапа еП = ЕВ РТ + u(t), где u(t) – переменное напряжение, не заходит в область положительных значений, тогда как у варактораоно заходит в положительную область.

Соответственно, ёмкость перехода у варактора изменяется в больших пределах и более резко, что увеличивает как уровень входного сигнала, прикладываемого к диоду, так и содержание гармонических составляющих переходного процесса при переходе диода из одного состояния, например, закрытого, в другое – открытое и наоборот.Помимо ДНЕ: варикапов и варакторов разработаны специальные диоды с ещё болеерезким изменением заряда на переходе, соответственно и ёмкости перехода, при переходеиз открытого состояния в закрытое и наоборот. Такие диоды получили название диодов снакоплением заряда (ДНЗ). В закрытом состоянии у ДНЗ обычно коэффициент переходаγ = 1/5, то есть ёмкость перехода в закрытом состоянии почти не изменяется.

В открытомсостоянии в области перехода накапливается большой заряд, который рассасывается заопределённое время при смене полярности напряжения на переходе. Продукт переходногопроцесса обогащён гармоническими составляющими.Итак, в любом диодном параметрическом УЧ используется нелинейное изменениеёмкости перехода при изменении его режима. Соответственно умножительный (параметрический) диод в эквивалентной схеме УЧ представляется нелинейной ёмкостью. Переходные процессы в области перехода сопровождаются потерями мощности, что учитывается введением в схему сопротивления потерь. Соответственно ёмкость перехода можнохарактеризовать её добротностью. С повышением рабочей частоты необходимо учитыватьиндуктивности вводов диода и монтажную ёмкость, что, естественно, усложняет эквивалентную схему УЧ.Основными элементами диодного УЧ являются: источник входного сигнала, диод,полезная нагрузка.

Очевидно, эти три элемента могут быть соединены либо параллельно,либо последовательно. Помимо указанных элементов в схему диодного УЧ обязательновходят, как минимум, два фильтра: один на частоту входного сигнала ω, другой – на интересующую гармонику nω.На рис.18.9 представлены так называемые параллельная а) и последовательная б)схемы параметрических диодных УЧ. В УЧ параллельного типа фильтры представляютпоследовательные колебательные контуры, а в УЧ последовательного типа в качествефильтров используются параллельные колебательные контуры. В общем случае выходные297фильтры в любой из схем могут представлять как последовательные, так и параллельныеодиночные контуры или системы связанных контуров.rИСТеИСТ (ω)~~ωnω~RНаiИСТ (ω)~RИСТ~~ωnωRНбРис.18.9Если полагать фильтры идеальными, то есть имеющими в УЧ параллельного типа(рис.18.9,а) бесконечно большое сопротивление на всех частотах, кроме резонансных, а вУЧ последовательного типа (рис.18.9,б) бесконечно малое сопротивление на всех частотах, кроме резонансных, то можно считать, что в УЧ параллельного типа переменный ток,протекающий через диод, содержит только первую и n-ю гармоники и равен:i (t )  I1 cos( t  1 )  I n cos(n t   n ),(18.6)а в УЧ последовательного типа переменное напряжение на диоде равно:u (t )  U 1 cos( t  1 )  U n cos(n t   n ).(18.7)Во всех схемах диодных УЧ на диод подаётся постоянное напряжение ЕВ РТ, задающее рабочую точку на характеристике (см.

рис.18.8). Напряжение может подаваться как ототдельного источника, так и автоматически за счёт среднего (постоянного) тока диода.Постоянная составляющая тока диода возможна только при открывании перехода, чтовсегда имеет место в варакторных УЧ и УЧ на ДНЗ. При использовании варикапа переходнаходится в закрытом состоянии и постоянного тока через диод нет, поэтому в этом случае потребуется независимое смещение. Однако часто и в схеме с варикапом используютавтосмещение, заходя частично в область открытого состояния диода.

Использование автосмещения во всех схемах параметрических диодных умножителей позволяет стабилизировать режим работы диода и способствует увеличению выходной мощности и коэффициента преобразования.При анализе диодных параметрических УЧ параллельного типа используют соотношение, связывающее заряд на переходе с протекающим через него токомtq   i (t )dt .0При этом напряжение на переходеt0 i(t )dtqeП (t ) ,C B (e П ) C B (e П )где переменная составляющая тока определяется (18.6), а ёмкость, например, закрытогоперехода определяется (18.5).298Форма напряжения на переходе оказывается отличной от гармонической, что указывает на наличие в нём многих гармонических составляющих.При анализе диодных параметрических УЧ последовательного типа используют соотношение, связывающее заряд на переходе с напряжением на нёмеПq   C B (e П )de П .0При этом ток через переходdedq C B (e П ) П .dtdtФорма тока оказывается отличной от гармонической, что указывает на наличие в токе многих гармонических составляющих.Например, если принять ЕВ РТ >>  0 , то с учётом (18.5), (18.7) в последнем случаеможно считатьi (t ) u (t )i (t )  C B PT 1  E B PTU cos( t  1 )  U n cos(n t   n ) du (t ) C B PT 1  1dtE B PT(18.8)  U 1 sin( t  1 )  nU n sin( n t   n ) .Разлагая сомножитель в степени (–γ) в ряд и ограничивая число членов, можно определитьгармонические составляющие ёмкостного тока через переход.Параллельная схема диодного УЧ обычно используется в мощных каскадах, так как,благодаря возможности соединения диода с корпусом устройства, облегчается его охлаждение.

В то же время в параллельной схеме, если используется варикап с коэффициентом p – n-перехода γ = 1/2, возможна генерация только второй гармоники. Однако, есливвести в схему дополнительный фильтр – последовательный колебательный контур, точерез диод будет протекать переменный ток не двух (18.6), а трёх гармоник, и в этом случае происходит генерирование колебаний с частотами 3ω, 4ω и т.д. Следует отметить, чтодополнительный фильтр часто включают в параллельной схеме УЧ и при использованииварикапа с γ = 1/3, что позволяет повысить эффективность преобразования входного сигнала.Структурная схема диодного параметрического УЧ параллельного типа с дополнительным фильтром, обычно называемым холостым контуром, показана на рис.18.10.

Характеристики

Список файлов книги