Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 23
Текст из файла (страница 23)
270. Схемы умноииттиа частоты при параллельном (а) и последовательном (б) еклвчаиилх аарнквпв янную емкость С при всех напряжениях е, < Е' и бесконечно большую емкость при е, < Е'. Последнее означает, что при любом значении тока через варнкап мгновенное напряжение на,нем не может превышать Е'. Из рис. 2.71,в видно, что при малых значениях Е, напряжение на варика пе е,=Е, ЕЕ,сомо(, где ЕЕам1,/аС. По мере увеличения 1, пропорционально увеличивается амплитуда У, напряжения' на варикапе вплоть до значения У, = Е' — Е,. При дальнейшем увеличении 1, мгновенное напряжение на варикапе оказывается как бы ограниченным с одной стороны, появляется отсечка напряженна. Угол отсечки можно вычислить нз О = агссоя 1(Е' — Ер ЕЕ~. На интервале отсечки некоторая часть носителей, образующих накопленный заряд, рекомбинирует, производя постоянную составляющую тока через варикап Е,в. Для рассмотрения поведения напряжения н» емкостном злементе в умножителе частоты, для которого напряжение е, пропорционально заряду д, (е, = д,/С), удобнее вместо токов г', и зд оперировать зарядами ! ф1 1$(сЕг — 1(солсо! «» Д~соя(ог; .1 а д„м „(1ф = - — Е„соззнлг = Д„соажвг .
! о 117 Ю Рис 2,71. Эпюры напрекення на ввриквпе Таким образом, в общем случае заряд на варикапе изменяется по бигармоническому закону: $5(г) = Де+ Д, совем+ ц„соз(лен+ у). Здесь Я,, ĄĄ— постоянная составляющая и амплитуды первой и л-й гармоник заряда соответственно, а цг — фазовый угол для заряда л-й гармоники. Если ввести теперь относительный угол отсечки по заряду соз 9 = -Де/Д, и относительную амплитуду л-й г армоннки заряда М„= Д„/Д„то выражение для л, (г) будет преобразовано к следующему: д,И=а,( — зЕ+М„.
(ли +в)1. Под действием заряда д, (с) на варикапе возникает напряжение е, (г). Это напряжение при принятой аппроксимации вольт-фарадной характеристики (см. рис. 2. 71,б) е,(!) = д,(г)IС, если е.<Е; е,(з) =Е', если е, > Е. На рис. 2.72 в качестве примера приведены зпюры зарядов о, и о„ зпюра суммарного переменного заряда на варикапе и зпюра напряжения е, (г) на варикапе в угроителе частоты. Анализ показывает, что для режимов работы с наибольшей преобразуемой мощностью при заданных л, а, С и У~, где У ~ ДЬС, и наименьшими потерями в варнкапе существуют оптимальные значения угла отсечки В, фазового угла 118 Р .212Эпюрм зарядов наварнвапс в утрончсла частоты чз „от относительной амплитуды и-й гармоники М„. Угол 0 равен углу отсечки, при котором !У„(8)) принимает наибольшее значение (см, рнс.2.65).
Оптимальные значения зр =(-1)"я/2 и М„, =(а1пй, )Вк При этом преобразуемую варикапом мощность можно получить из выражения Р„ = ней„дк (! - -', )(л с †" с Е -л сгйе + !) ). Мощность, подводимая к варнкапу, должна быть больше Р„на величину потерь, которые прн оптимальных режимах равны нескольким процентам от Р„. 2.21. ДИОДНЫЕ ГВВ ДИАПАЗОНА СВЧ Ламповые ГВВ (триодные и тетродные) в современных передатчиках используются вплоть до частот порядка 1...1,3 ГГц.
Например, существуют лампы для телевизионных передатчиков мощностью 20...25 кВт для рабочей частоты 1 ГГц. Для получения сравнительно больших мощностей (10...15 кВт в непрерывном режиме) на более высоких частотах используются лампы бегущей волны (ЛБВ-0) н пролетные клистроны (см. гл. 9 и 10). 119 б,вг Рнс. 2.73. Чаосотнаы'варавтсрнстнви СВЧ орибо~ов: 2 — г,Г' ~а всгги 2-яиояаГанна (ояозйз — лпдтй; в — лпдтм; 5 — Вт; о — Пт; 2 — янова Ганна асс ж' и' с l Ю яи У ~~~ !20 В то же время существует ряд радиотехнических систем, например радиорелейные системы прямой видимости (см. гл.
1О), работающих в диапазоне единиц и десятков гигагерц(при небольших мощностях (милливатты-десятки ватт). В этих случаях наиболее целесообразно применение в передатчиках полупроводниковых приборов. На рис. 2.73 показаны частотные диапазоны (выше 1 ГГц), в которых могут использоваться различные приборы. Наиболее часто для построения ГВВ используются следующие полупроводниковые приборы: биполярные и полевые транзисторы, диоды Ганна и лавинно-пролетные диоды (ЛПД). Для создания малошумящих усилителей (как правило, для приемных устройств) используются туннельные (ТД) и параметрические (ПД) диоды.
Усилители на туннгльных диодах работают в диапазоне до 1О ГГц и обеспечивают моипюсть в несколько милливатт. Такие усилители получили некоторое распространение благодаря высокой надежности. Усилители на ПД имеют гораздо лучшие шумовые характеристики, чем на ТД, но более сложны из-за местного генератора ВЧ (генератор «накачкив). Диапазон рабочих частотдостигает 10...20 ГГЦ, однако при увеличении рабочей частоты сверх 8...10 ГГц заметно увеличивается уровень собственного шума. Мощность на выходе усилителя может достигать от нескольких десятых ватт до 2...5 Вт.
Особенности построения ГВВ на БТ и ПТ, а также возможные режимы работы этих приборов и характеристики получаемых ГВВ были рассмотрены в $ 2.16, 2.17 и 2.19. Особенности схемотехнических решений, учитывающих оптимальное согласование реактивных параметров транзисторов и элементов схем ГВВ, можно найти, например, в [4Я. Необходимость оптимального согласования параметров транзистора и элементов схемы ГВВ, при котором можно получить наибольшие значения полезной мощности и КПД, возникает обычно в диапазоне нескольких сот мегагерц, в котором транзистор должен рассматриваться как система с распределенными параметрами.
При повышении рабочих частот ГВВ до 6...8 ГГц при БТ и до 15...17 ГГц при ПТ выходная мощность и КПД резко снижаются из-за уменьшения Кр, и использование этих ГВВ становится неэффективным. В диапазоне выше 10 ГГц (до 100 ГГц и выше) наиболее эффективными оказываются ГВВ, выполненные на ЛПД или диодах Ганна. В основе работы этих приборов лежит явление взаимодействия потока движущихся носителей заряда в материале прибора с электрическим полем в нем.
При этом взаимодействии благодаря модуляции потока носителей по скорости или плотности„синхронности между первыми гармониками потока и электромагнитного поля, а также фазовому сдвигу между ними, равному ! 80», происходит увеличение энергии электромагнитного поля за счет энергии потока носителей. Время взаимодействия (Т„г) определяется временем прохождения носителей через так называемую область л)юлека. В зависимости от значения произведения а7'„», где в — рабочая частота, по отношению к л электронные приборы можно разделить на две группы.
Для первой группы (БТ, ПТ, ЛПД, диоды Ганна в доменном режиме) выполняется условие а Т, я я. Основной особенносп ю приборов данной группы является резкое снижение выходной мощности прн увеличении рабочей частоты, когда неравенство еТ„р < я стремится к равенству. Ко второй группе полупроводниковых приборов, для которых аТ, с к, относится, например, диод Ганна в режиме ОНОЗ (ограниченное накопление объемного заряда). В этом режиме прн достаточно интенсивном отводе тепла от полупроводника можно получить при непрерывной работе ЭП полезную мощность до 0,3...0,5 Вт при КПД 2...5/ь При импульсной работе мощность и КПД могуг быть существенно выше (2...6 кВт и 5...15»/»).
Что касается ЛПД, то для этих приборов характерны два режима, результирующее различие между которыми сводится к возможности построения ГВВ в разных диапазонах частот (см. рис. 2.73). В режиме 1МРАТТ (сокращенно 1М), или пролетном, имеют место два явления: ударная лавинная ионизация (прн пробое р-и перехода), приводящая к генерации носителей заряда и дрейфу последних через пролетную область за некоторое время, необходимое для получения определенного сдвига фаз между выходным током и напряжением на приборе. Как видно из рис.
2 73, в режиме 1М ЛПД может работать в диапазоне до! 00 ГГц и более и отдавать мощность до 10...30 Вт при КПД = 5...7'~'. Аномальный режим ТВАРАТТ (сокращенно Т!() объясняется существованием в полупроводнике «захваченной» плазмы и периодическим перемещением области лавинного пробоя вдоль пролетного участка. Внешне эта аномальность проявляется в генерирования и усилении колебаний с частотой в несколько раз меньше, чем в пролетном режиме 12! а) Рис. 2.74.
Экаиаалантньм тхамм диода Ганна и ЛПД Лхддд аюб 4аад а — 1л ! Е ЕЮ 4Ф Рна. 2.75. Вольт-амларнал характеристика диода Ганна !22 (1М), и в заметно больших значениях выходной мощности и КПД (100...300 Вт и 10...30;4). Эквивалентная схема диодов Ганна, туннельных и ЛПД очень похожи. На рис. 2.74л приведена эквнвааентная схема диода Ганна, а на рис.
2.74,6 — ЛПД. На этих схемах: Я„, Е„и ф— соответственно сопротивления выводов, индуктнвности выводов н емкости корпуса; С, и бд, — емкость н отрицательная проводимосп диода Ганна. Для ЛПД собственно диод эквивалентен параллельно соединенным С, — емкости обратносмещенного р-и перехода, Я вЂ” отрицательного активного сопротивления и Š— собственной индуктнвности диода. ар Вольт-амперные характеристики типового диода Ганна приведены парис. 2 75л. На начальном участке прн 0 ~Е~Е ток линейно зависит от напряжения на диоде, прн пороговом напряжении Е ток диода достигает максимального значения. Далее, когда Е > Е, ток уменьшается при увеличении Е(участок отрицательного сопротивления) примерно до значения Е„. В случае дальнейшего увеличения Е ток сохраняет почти постоянное значение. При Е> Е (величина, задаваемая заводом-изготовителем) в диоде может произойти пробой, и он разрушится.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
