Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 196

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

<7омакс « J ~ («О + <Po)V «макс ІСМ. Выражение (5.2)]

к максимальному мгновенному значению напряжения на

варакторе ыМ акс-

Приближенное выражение для вольткулоновой харак­ теристики варактора (5.3) может быть использовано лишь в случае, когда диапазон изменения напряжения в запертой области р-п перехода значительно превышает контактную

разность потенциалов 0, а объемный заряд

открывающего­

ся р-п перехода

существенно

 

 

и'

 

больше

заряда

запорного

слоя.

 

 

 

При

умножении

частоты

 

эти

 

 

 

а

условия

«большого

сигнала»

 

 

 

 

обычно выполняются.

 

 

 

 

 

Jo

иС0(и)

Вольткулоновая

характери­

 

 

1

е"и) 1

стика u(q0) описывает

лишь

 

 

основные

свойства

 

варактора

 

 

 

 

Как нелинейной емкости. Бо-

Р и с -

5.2.

Эквивалентная

лее

полно

свойства

варакто-

" * м а

ф а к т о р а

без учета

ра

отражаются

 

ґ

эффекта восстановления и

простейшей

индуктивности

выводов,

эквивалентной

схемой,

пред­

 

 

 

 

ставленной

на

рис.

5.2. Эта

 

 

 

 

эквивалентная схема наряду с нелинейной емкостью С0(и) содержит последовательное активное сопротивление полу­ проводникового материала и контактов Rs и параллельную активную проводимость G0 . При запертом р-п переходе проводимость G0 мала и практически ее можно не учитывать. При открытом р-п переходе проводимость G0 связана с ем­ костью варактора соотношением C0 /G0 — Tv, где Tv —вре­ мя рекомбинации неосновных носителей заряда в полупро­ воднике — один из параметров варактора.

Простейшая эквивалентная схема (рис. 5.2) не отобра­ жает таких существенных эффектов, как влияние конечного времени восстановления запертого состояния р-п перехода [15—18] и индуктивности выводов варактора. Эффект влия­ ния конечного времени восстановления будет рассмотрен при анализе потерь мощности в варакторе. Влияние индук­ тивности выводов будет проанализировано в § 5.3 при рас­ смотрении схем варакторных умножителей частоты.

Элементы простейшей эквивалентной схемы

 

варактора

Rs и G0 (рис. 5.2) отражают процессы рассеяния

мощности

в варакторе и в цепи смещения из-за появления

выпрямлен­

ного тока. Чтобы рассеиваемая в сопротивлении

Rs мощ­

ность была малой, рабочие частоты варактора

не должны


быть слишком высокими. С другой стороны, эти частоты должны быть достаточно высокими, чтобы малым был ток / 0 , протекающий через проводимость G0 .

Таким образом, для каждого типа варакторов существует определенный рабочий диапазон частот, в котором варактор проявляет себя преимущественно как нелинейная ем­ кость. В этом диапазоне частот входная мощность Р в х , тре­ буемая для возбуждения варакторного умножителя часто­ ты, близка к мощности первой гармоники Р И которая воз­

буждала

бы

гипотетический

(только емкостной) варактор,

а мощность

в нагрузке Р Н

не намного

меньше

мощности

N-й гармоники PN, генерируемой таким

гипотетическим ва-

рактором.

Отмеченное обстоятельство

позволяет

вначале

не учитывать потерь мощности в умножителе и на первом этапе рассматривать умножитель частоты как идеальный

преобразователь мощности

первой гармоники

Р 1 в мощ­

ность JV-Й гармоники PN при условии

 

PI

= PN,

(5.4)

т. е. вначале будем считать, что к. п. д. умножителя частоты равен 1. Потери мощности в варакторе можно учесть на втором этапе анализа. Такому порядку рассмотрения и бу­ дем следовать в дальнейшем.

5.3.АНАЛИЗ СХЕМ ВАРАКТОРНЫХ УМНОЖИТЕЛЕЙ

ЧАСТОТЫ

Рассмотрим простейшие схемы умножителей частоты с резонансными входной и выходной цепями (рис. 5.3). Схема на рис. 5.3, а соответствует так называемому параллель­ ному включению варактора, схема на рис. 5.3, б — после­ довательному. В приложении 5.1 доказана эквивалентность этих схем при условии, что нагрузка демпфирует выходной контур мало и соответственно слабой является связь ум­ ножителя с источником возбуждения. Там же сформулиро­ ваны условия эквивалентности этих схем, позволяющие вы­ разить параметры одной схемы через параметры другой. Поэтому достаточно ограничиться изучением только одной схемы. В дальнейшем для определенности будем рассматри­ вать схему, изображенную на рис. 5.3, а.

Эта схема (рис. 5.3, а) содержит не совсем обычный эле­ мент — дополнительную емкость Сд, подключенную парал­ лельно варактору. Под емкостью С д может пониматься ем-

266


кость патрона диода и паразитная емкость монтажа. В этом

случае отношение Сяв

обычно не превышает

единицы

д в < 1). Главным

же образом емкость С д

введена в

схему на рис. 5.3, а для того, чтобы удовлетворить услови­ ям эквивалентности схем на рис. 5.3, а и б (см. приложение 5.1), из которых следует

СД ==С;СН /(СД + С„).

(5.5)

о

о-

Обобщенный, варактор

Рис. 5.3.

Простейшие

схемы умножителей частоты:

а—с параллельным

включением варактора; б с последовательным включе­

 

нием

арактора,

Согласно (5.5) емкость С д (рис. 5.3, а) в зависимости от величин С д ' и Сн '(рис. 5.3, б) может принимать различные значения, в том числе и заметно превышающие С в д в > > 1). Отсюда, однако, не следует делать вывода, что при практическом построении варакторных умножителей ча­ стоты, подключая параллельно варактору дополнительную емкость С д , можно ограничиться одной лишь схемой, пред­ ставленной на рис. 5.3, а. На практике в этой схеме при боль­

шой дополнительной емкости С д

бывает трудно убрать из

области рабочих

частот паразитный резонанс емкости С д

с сопутствующей

ей паразитной

индуктивностью. Поэтому

области применимости схем, приведенных на рис. 5.3, можно разграничить в зависимости от величины С д :

С д / С в < 1

для схемы

на рис 5.3, а, )

С Я / С В ^ \

для схемы

на рис. 5.3,6,}


причём в схеме рис. 5.3, бемкость С д характеризует согласно

(5.5) последовательную комбинацию

емкостей С д ' и

С н ' .

Итак, учитывая эквивалентность

схем, показанных

на

рис. 5.3 (см. приложение 5.1), для целей анализа ограни­ чимся рассмотрением схемы на рис. 5.3, а при произволь­

ной

емкости С д . В этой схеме последовательный контур

LUCH

из всего спектра частот выделяет необходимую N-io

гармонику. В свою очередь контур £ В Х , С В Х настроен на ча­ стоту, близкую к частоте первой гармоники, и препятствует прохождению в источник возбуждения колебаний высших гармоник. Таким образом анализ варакторного умножителя частоты сводится к рассмотрению воздействия на обобщен­ ный варактор, состоящий из собственно варактора и парал­ лельно включенной дополнительной емкости Сд, бигармонического заряда

q = Q0 - f QI cos со/ + QN C O S (NСО/ ij>),

где со — частота возбуждения; \p — фаза, оптимальное зна­

чение которой

дано далее;

Q0, Q b QN — соответственно

постоянная слагающая и амплитуды первой и JV-Й

гармоник

заряда. Введя

относительное

смещение по заряду

Qc/Qi =

= —cos в и относительную.амплитуду yV-й гармоники заряда

QJV/QI =

К, преобразуем выражение для заряда q к

сле­

дующему

виду:

 

 

 

 

 

 

q-=QX

[cos со/ — cos 0 4- К cos (JVco/ —Щ.

(5.7)

 

Под воздействием заряда (5.7) на обобщенном варакторе

(см.

рис. 5.3,

а)

формируется напряжение

«(со/), которое

при допущении (5.3) связано с зарядом q соотношением

 

 

 

ы = 0

при q<0,

u = q/C при q^O,

(5.8)

где

С =

С в +

С д

— емкость

обобщенного

варактора

при

закрытом

р-п

переходе. Напряжение «(со/)

представляется

в виде положительных импульсов сложной формы, что вид­ но из примеров временнйх зависимостей, приведенных на

рис. 5.4. Спектр

напряжения и(со/) за счет участков

упло­

щения (рис. 5.4)

в отличие

от спектра

заряда <?(со/)

обога­

щен гармониками.

 

 

 

Из рис. 5.4, б следует,

что при фазовых углах

= ия,

где п — целое число, зависимость u(wt)

симметрична

отно­

сительно оси со/ = 0. Гармоники напряжения

на варакторе

в этом случае синфазны гармоникам заряда

и сдвинуты по

фазе на угол ± я / 2 относительно соответствующих гармоник