Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982) (1095868), страница 57
Текст из файла (страница 57)
17.1, б и 17.2 не показана), в которую переменные токи не ответа лаются. Тогда заряд на нелинейной емкости ч = в)а + чв + чы, (17.6) где Ца — постоянный заряд, определяемый смешением Ес, создает на нелинейной емкости напряжение и. Его можно найти с помощью вольт-кулоновой хара ктеристнкн и (Ч). Функцию и (д) получают, интегрируя зависимость С (и) = в)ищи, называемую вольт-фаралной характеристикой (рнс. 17.4). Нелинейность емкости приводит к тому, что напряжение на ней оказывается иегармоничесннм: (17.5) и = О, + "~ ((/ел соа лт+ (ввч мп лт), а=в .Р-- см (/вю и,„— фУв ° - 4)., в)м Е,„и ф. 24Ь (17,7! л) и , газ гпз„( Рнс. 17.4.
Вольт-фарадная (а) н вольт-кулоноваа 101 характерпстикв варактора, а также форма напряженая на варакторе пра гармоническом заряде (е) Допустим, что комплексные амплятуды напряженпй на нелинейной емкости (1ь (и = О, 1,2,,) извсатны. Используя схему рне. 17.2 к учтя замечание о пенн смещения, запишем уравнения ВУЧ (г + сг (мсх)) 1г + ()г = (1вхт~ (~+ Х (Мшьх)1 1и+ 1)п = О, (lс — — Ес. (17.6) Здесь г — сопротивление потерь диода; 21 л —— гг и+ ) хг и — сооротннлення фильтров Фг и Фх ео стороны диода, вычиеленныв на чаатетая мах и Умсх1 1г = = )ма йы )п = )Умах()аг — комплексные амплитуды 1-2 н )У-й гармоник тока; (), = Ц„,„— 1(уы, () т= (7.„е- -1еЧ Чтобы последующее иалоьтенне вделать нагляднее, ревсмотрнм удвоитель частоты (Ю = 2), в котором яепольеуетая нелинейная емкость, опнеываемая на ннтервале ение ( 4 ( 4макс квадратичной параболойг и = сгр пир ° 3 (17.9) ГДЕ рмпв Омске — апаЧЕНКЯ ааРЯДа, ВПРЕДЕЛЯЮПгка ДОПУатпМОа ОбРатНОЕ НаПРаженне й допуатнмую мощность раеееянкя иа первкодв) ог,е — параметры аппроксимация.
Воепользовавшнсь (17.5), (17.6), (17.9), найдем повтояннее напряжение (уе, а также мгновенные напряжения 1.6 (пг) н 2-й (пз) гармоник на нелинейной емкоетн~ (ус = пхОс — азча — 0,5 аз %ха + 01)1 пз = Щ (аг — 2сД,) — асОгОз соа ф) соз т + (азОхЯз а1п ф) з)п т, пз = Щ (аз — 2азОс) — 0,6 азО; соз ф) воз тз + ( — 0,6 аз Я з(п ф) з(п см 247 Приняв во внимание (17.7) н последнее уравнение в (17.8), получим -Ум = !)т (а! — 2аз !)е — аз!)з соз Ю), Ум = — о,!7,Е, Мп 0, [/ = <)з (аг — 2аз!)е) — 0,5 аз()э соз зу, У„= 0,5 аз !7', Мп Р, а,— 2а, !)е= ь/ а,' — 4аз Ес — 2а1 ((),'+Ц) .
С помощью (17.10) приведем уравнения (17.8) к виду (17.10) (г+г,+гд! + ! Хт — !/мзх Сд! )/,=Ует, е ' !в'+~/~1, (г+гз+1 ха 1/2ывх сдз ) /э=Угз е ! !в+ "/ 1, (! 7.11) где У, ~д! 1, 1 'д! мах Сд! пз 'сз Угз —— 0,5а, !7',; гд! — —— з)п йг! юьх 1 Сдз = а,— 2аа О, ' а,— 2а, (с,— ае !)з соэ 0 Отметим, что соотношении, подобные (!7.11), получаются и при ином описании вольт кулоновой характеристики нелинейной емкости, а также прн произвольном значении Ж. Поэтому в общем случае из уравнений типа (!7.1!) можно найти параметры эквивалентных схем ВУЧ (рнс. 17.5) для 1-й и й-й гармоник тока, Схема для 1-й гармоники (рис.
1?.5, а) содержит источник с амплитудой напряжения (), „сопротивление Хх и диод, элементы которого обведены штриховой линией. Нелинейная емкость представлена полным сопротивлением ()т/1т = гд, + 1/)озвхСдь Эквивалентная схема для Л1-й гармоники (рис. 17.5, б) включает входное сопротивление Ем фильтра Фз на частоте /)/оэ„и диод, замененный генератором й)гм, емкостью Сдл и сопротивлением г. На рис. 17.5 нелинейные элементы гд!, Сды Сдм, 'к)гм зависят от амплитуд токов /„ /и, фазы эр и напряжения смещения Ее. Мощность, расходуемая в сопротивлении гд, на частоте го„„равна мощности, развиваемой источником (/гм на частоте й/оэ„.
Таким образом, схемы 1-й и /)/-й гармоник взаимосвязаны и требуют совместного рассмотрения. г1 /шм ) )х1 /юдл ) Ги (булат ) ! ! ! ! ~//, ! !У,) ,!Хай'югл) Рнс 17.5. Эквивалентная схема ВУЧ для 1-й (и) н для й'-й (б) гармоники ив При разрыве цепи й/-й гармоники (/ы = О) гд! — — 0 и (/ = (/гы нею !'Де (/гынен (/ы Ес) амплитУДа напРЯжения генеРатора в схеме для й/-й гармоники на холостом ходу. С помощью уравнений тина (17.11) по заданным (/„„Е, и параметрам фильтров можно найти токи 1„ /ы и фазу ар, а по ним определить входную и выходную мощности, КПД и другие величины.
Трудность анализа заключается в том, что уравнения относительно токов /ы /ы и фазы тр трансцендентны. 17ДЬ ОПТИМАЛЬНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ВАРАКТОРНОГО УМНОЖИТЕЛВ Выясним, при каких условиях будет максимальна мощность ВУЧ, определяемая выражением (см. рио. 17.5, б) 1 аыхы 1 ыт)з1 где Ры = 0,5/йгы,' Т)з — КПД фильтРа Ф,.
При т), = сонь( максимумы Р,ыхы и Ры совпадают. Если наибольший уровень Ры получаем подбором сопротивления гы, сохраняя неизменным ток 1-й гармоники (например, меняя 0в „ рис. 17.5, а), то достаточно рассмотреть только схему для /)/-й гармоники (рис. 17.5, б). В общем случае ток /ы влияет на значения Сды н (/гы. Однако анализ показывает, что зто влиЯние мало (в чаотности, при аппроксимации вольт-кулоновой харантеристики квадратичной параболой (17.9) напряжение (/гз не зависит от тока 1,).
Позтому приближенно можно считать, что максимум Ры определяетпя, как и в линейной цепи, условиями Хы (/)/ш„) — 1/ (/)/ш„Сды) = О, г = гы. Первое требование в (17.!2) означает, что в пепи /У-й гармоники имеет место резонанс. При этом Р = -и и/2. Используя (17.11), найдем Рн — О,б/ыа т. (17.!3) С помощью уравнения У/т (11, /ы) = Угы — 1/тт можно показать, чте мощность Рн тем выше, чем больше напряжение Угы „„и вызываемая им амплитуда тока /, Обе переменные растут е увеличением /т, следовательно, при,'выполнении условий (17.12) мощность Ры пропорциональна токам /т и /и, которые ограничены допустимой мощностью рассеяния на диоде О,б (11 + /а,) т ( Рр и допустимым напрнжением Ушах на переходе.
Таким образом для принятой модели варактора максимум мощности Ры приближенно соответствует резонансу в цепи /1/-й гармоники и равенству сопротивлений гы, г, последнее из которых характеризует потери в диоде. Максимум КПД в варакторном умножцтеле частоты при условии резонанса в цепи /)/-й гармоники в общем случае требует иного сопротивления гы, чем максимум Ры, Но нередко оказывается, что при т) = т)мане выходная мощность близка н мансимальной.' Р„„ы ж Р~х ы макс дай нрщ Рнс 17 б, Модели аарактора с закрытым (а) к частично открытым (б) р — л-пере- ходом С ростом козффлпнента умножения Д( выходная мощность н КПД ВУЧ сннжаются, В сантнггетрзвом диапазоне (по выходной частоте) КПД удвонтеля составляет 00, 70%, утронтеля — 40...50е4, а в умножнтеле на восемь падает до 10...12зРз.
Пояснить зтн результаты можно тем, что напряженке (угу,з,ю опредепаюшее мощность Рл пРн заданной хаРактеРистике и (о) н наибольших токах (, падает с ростом М, а мощность, рассеиваемая яа диоде, почтя не меняется Прн ДР = сопз( выходная мощность н КПД ВУЧ уменьшаются с повышеннем частоты нз-аа возрастания потерь в варакторе. Это видно нз простейшей схемы замешен на днзда (рнс. 17 б, а): добр>тность его, определяемая откошеннем емкостного сопротивления, измеренного на малом сигнале, к р, уменьшается с час гогой. Отметнм, что прн ДР = сонш выходную мощность н КПД удается поднять, если использовать варакгор с большим обратным напряженнем, большей мощностью рассеяния, меньшнм сопротивлением г н со значительной нелннейносюю вольт кулонозой характеристики.
Уснлнгь нелинейность удается в режиме с частнчным открыванием Р— л-перехода. туни РЕЖим УМНОЖНТЕЛЯ С ЧАСТиЧНЫм ОТПИРАНИЕМ ВАРАИТОРА Рнс. 17.7. Завпснмость добротностн открытого р — л-перехода от частоты Если варактор в течение всего периода входного сигнала закрыт, то для умножения частоты используется барьерная емкость перехода С„р. При открывании диода к барьерной добавляется диффузионная емкость С„, которая меняется от напряжения, значительно сильнее, и вольт-кулоновая характеристика становится более нелинейной. Однако при открывании возрастают потери за счет прямого тока диода. Чтобы понять, когда режим о частичным открыванием приводит к улучшению энергетических характеристик ВУЧ, рассмотрим модель варактора, показанную на рис. 17.6, б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
