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

тором мощности стараются обеспечить возможно меньшие амплитуды гармоник заряда и, следовательно, большие амплитуды гармоник напряжения, действующего на варакторе. Будем рассматривать Л/-ю гармонику напряжения (Уд/,

ТЕ

Ч -§0 Р cut

так как при Uц — 0 (хотя Ut Ф0) нет и преобразования мощ­ ности первой гармоники в мощность /V-й гармоники.

Таким образом, при выборе оптимальных режимов будем ориентироваться на максимум амплитуды напряжения Л/-й гармоники. Для простоты вначале в выражении (5.7) поло­ жим К = 0, т. е. будем считать, что N-я гармоника заряда

отсутствует. Тогда через обобщенный варактор протекает лишь первая гармоника заряда q = Q,(COSCU/ — cos6) и форма напряжения на варакторе u(ayt) носит характер отрез­ ков косинусоиды с углом отсечки в (рис. 5.8).

При заданной амплитуде первой гармоники заряда Qj постоянная составляющая U0 и амплитуды гармоник на­ пряжения Um(m ^ 1) на варакторе с нелинейной харак-

0,16

//77 = 2

0,08

- ч 5

теристикой (5.8) определяются через известные из [41] ко­ эффициенты у :

функции в представлены на рис. 5.9. При т > 2 зависи­ мости | 7 т ( в ) | имеют несколько максимумов, чередующих­ ся с нулями. Как следует из рис. 5.9 и формулы для ут(&), положение максимумов определяется оптимальными углами отсечки

где п — номер максимума. С учетом соотношения (5.20) выражение для коэффициентов ут(<д) в (5.19) можно упро­ стить. Так как будем рассматривать лишь оптимальные углы отсечки, индекс «опт» при в в дальнейшем опустим. Значения коэффициентов ут для оптимальных углов отсеч­ ки в будут определяться как

Необходимо определить, на какие из максимумов зависи­ мостей рис. 5.9 ориентироваться при проектировании ум­ ножителя частоты Д/-го порядка. Ответ на этот вопрос дик­ туется не только различием в величинах уц{&), но и сообра­ жениями удобства настройки умножителя и некритичности его к возможным изменениям режима [29, 36, 38, 42]. С этих позиций предпочтительны крайние максимумы, один из которых соответствует режиму слабого открывания (в =

= ^ - ™ - я , N ^ 3), другой — режиму сильного открыва­

ния ( в = n/N, N > 3 ) .

В первом случае (п — N — 1) усредненная по первой и /V-й гармоникам емкость варактора, влияющая на резонанс­ ные частоты входного и выходного контуров, определяется в основном емкостью закрытого р-п перехода. Входная и выходная цепи умножителя при этом ориентировочно мо­ гут настраиваться в резонанс путем замены варактора по­ стоянной емкостью, равной Св. Переход к умножению ча­ стоты в этом случае требует лишь незначительной подстрой­ ки контуров, что говорит о слабом влиянии на их настрой­ ку изменения режима работы варактора [29, 42].

Во втором случае (п = 1) значительную часть периода колебаний дифференциальная емкость варактора представ­ ляет, по существу, короткое замыкание. Усредненная по первой и /V-й гармоникам емкость варактора оказывается тогда почти коротким замыканием, и поэтому настройка контуров умножителя частоты в резонанс также мало за­ висит от режима [36, 38].

Наряду с режимами сильного и слабого открывания для четных N = 2, 4, ... представляет интерес режим нулевого

смещения по заряду (Со = 0, 'в =• я/2), промежуточный по отношению к рассмотренным режимам 143]. Основное до­ стоинство этого режима заключается в отсутствии нечетных гармоник (за исключением первой) в спектре напряжения на варакторе, что позволяет предъявлять облегченные тре­ бования к цепям фильтрации. Кроме того, режим нулевого смещения по заряду при N ^ 4 характеризуется наиболь­ шим значением коэффициентов |7л/(в)|, что соответствует минимальным относительным потерям мсщнссти в сопро­ тивлении Rs [43]. В случае нечетных N = 5,7, ... также существуют режимы, обладающие наибольшим значением коэффициента \у/ч{®)\. Они характеризуются согласно (5.21) номерами п = (N ± 1)/2.

Для краткости режимы максимальных коэффициентов |ул/(в)| назовем режимами В, по аналогии с режимом В ламповых и транзисторных усилителей. Соответственно ре­ жимы слабого и сильного открывания будем называть ре­

Вкаждом из трех выделенных режимов минимизируются потери мощности, имеющие различную природу.

Врежиме А минимальны относительные потери мощ­ ности, связанные с эффектом восстановления закрытого состояния р-п перехода [см. п. 5.5.2J. Когда эти потери мощ­ ности основные, режим А оказывается практически един­

ственно возможным. Из дальнейшего, однако, следует, что в режиме А максимальна добротность нагруженных вход­ ного и выходного контуров, и поэтому максимальными ока­ зываются относительные потери мощности в колебательной системе. Так как добротность нагруженных контуров в