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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 189

Скачиваний: 1

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

(5.41), (5.44) и (5.43)

рассчитываем сопротивления потерь по пер­

вой

и (V-й гармоникам,

коэффициенты / ? г

и / ? ' г , оптимальное со­

противление нагрузки- Rti о ш

И К. П Д. варактора

rj; их

значения

заносим в

табл. 5.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как видно из табл. 5.1,

по к. п. д. режим

«С» не уступает ре

жиму «В». Поэтому окончательно

останавливаемся

на режиме «С».

В соответствии с рекомендациями п. 7 методики расчета

выбираем

схему с последовательным включением варактора

(см. рис. 5.7, б).

Уточняем

для С =

2СВ =

0,7

пФ значение

входной

мощности

Р в х

в соответствии с формулами (5.45),

(5.28)

и (5.42);

 

 

 

К о п т = 0,16;

coQ, =

183 мА;

Р а х = 312 мВт.

 

 

5. По формулам

(5.11),

(5.25), (5.26)

и (5.21) рассчитываем ус­

редненные

по первой

и

Af-й гармоникам

параметры

обобщенного

варактора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CN

= 2,8 пФ;

С , = 7 , 7

пФ;

 

 

 

 

 

 

 

RN

= RB-$-bRN

= 28,3 ° м !

 

 

 

 

 

 

 

/ ? ! = 1 6 , З О м і

R , ^ Л / ? , =

18,6 Ом.

 

 

 

6. Из (5.12)—(5.15),

а гакже

(5.38),

(5.40)

определяем

парамет­

ры

схемы

умножителя

при

параллельном

включении

варактора:

 

 

С н

=0, 7 пФ;

/ . в х =

53,5нГ;

 

 

 

 

 

С в х

=

10,ЗпФ;

£ н = 27,6нГ;

 

 

 

 

 

 

С д

= С — С в

=

0,35 пФ;

 

 

 

 

 

 

 

 

U0

=6, 2 В:

« 0 = 4,5 кОм,

 

 

 

 

 

 

7. Из формул приложения

5.1 и соотношений

(5.17)

по пара­

метрам схемы с параллельным включением варактора находим па­

раметры

схемы

с

последовательным

включением

варактора

 

С д = 1 , 6 8

пФ;

С н = 0 , 4 4 пФ;

1 Й = П , 6 н Г ;

 

 

С в х = 9,67

пФ.

U x = 44 нГ:

 

 

 

 

 

 

 

 

Z 0 =

115 Ом;

<оо= 14 - 1 0 9

Г ц -

 

 

 

 

 

8. В

соответствии

с формулами (5.48)

и (5.49)

вычисляем соп­

ротивление нагрузки R'н, пересчитанное параллельно точкам вклю­

чения контура нагрузки,

и сопротивление

R'UXj

 

пересчитанное па­

раллельно

емкости

С' д :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RH

= 475 Ом;

RH = 95,5 Ом.

 

 

 

Реализовать

сопротивление

R'R

можно,

подключая

входные

клеммы

полосового

фильтра при стандартном

входном

сопротив­

лении фильтра 50 Ом в промежуточное сечение

короткозамкнуто-

го отрезка

длинной

линии,

представляющего

 

контур

N-'й гар­

моники (см. рис. 5.7, б). Методику расчета полосового фильтра мож­

но найти

в [53,

54].

Для

расчета цепи связи умножителя с возбудителем необходи­

мо знать

величину сопротивления /?^ Х ) пересчитанного параллель­

но емкости

(см. рис. 5.7, б). Сопротивление R'^ при тех же ус-

ловиях, при которых были получены формулы (5.47)—(5.49), вы­ ражается через RBX с помощью приближенного соотношения

„"

RBX

,С

ГП.

 

(со2 LBX СВХ — 1)

 

 

Отсюда RBX =184 Ом.

 

 

 

 

П Р И Л О Ж Е Н И Е

5.1

УСЛОВИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ СХЕМ,

ПРИВЕДЕННЫХ

 

НА

РИС. 5.3, а И б

 

 

При рассмотрении схем, представленных на рис. 5.3, предпо­ лагается, что источник возбуждения связан с умножителем ча­

стоты через

сравнительно

малую емкость связи

С с

в или С^в , а со­

противление

нагрузки

RB

или R'H

демпфирует

выходной

контур

слабо. В этом случае формы

временных зависимостей напряжений

на варакторе и тока через

варактор определяются в основном коле­

бательными

свойствами

входного ( L B X , С в х или L B

X , С в х )

и выход­

ного (Ln, С-а или L'n,

С'н) контуров, дополненных

добавочной ем­

костью С д или С'д и нелинейной

емкостью варактора

С0.

 

Примерный

вид

частотных

характеристик

колебательных

систем С в х ,

L B

X , Сд, LH,

С н

(рис. 5.3, а) и С в х ,

L'BX, С'д.

L'n, С'и

(см. рис. 5.3, б) относительно

точек включения

варактора

показан

на рис. 5.П.1. Согласно известной теореме теории цепей при задан­ ном расположении нулей и полюсов на оси со частотные характери­ стики обеих систем подобны. Если к тому же соблюдается один и тот же масштаб этих характеристик, то обе рассматриваемые си­ стемы становятся эквивалентными. Условие равных масштабов согласно рис. 5.3 и 5.П.1 выражается равенствами:

с'с'

(со -* 0).

— т * - р - = = С д - ( с о - 0 0 ) ; Свх ^ С д = С в х ^ С д + С н

Сд-т>Сн

 

В свою очередь частоты полюсов и нулей рассматриваемой частотной характеристики (рис. 5.П.1), например, для схемы на рис. 5.3, б определяются соотношениями:

і'і'п'

1

і г т

'

СвхСд

 

 

со0 І-НСН =

І ;

СО] LBX—7

 

— - = i ;

 

 

 

 

 

Свх - # - С Д

 

 

со 0 ,г(Сн^Сд)

 

 

Oo,li-BX

1

=

1.

С00,1

La J

W Q . ICBXJ

 

 

 

где co„ ! обозначает одну из

частот со0 или cot.

 

 

Разрешая эти уравнения

относительно С д , С н , La, Свх, LBX И

выражая частоты со0 > ®іг ш о . coj через

параметры схемы,

представ-

ленной на рис. 5.3, а, получаем условия эквивалентности двух рас­ сматриваемых схем:

 

/'/

г'

 

 

( ( o g ^ / a j ' - l j / C n ^ t w j ' M . i - l V t C B x ^ C n ^ C H ) '

С =

СнСО7^

 

 

н ш

0

 

Свх = С В Х 4 - С н ^ С д — Сд!

 

 

LBX =

Свх Сд

 

 

"

 

 

 

CBXCHCOJ

 

 

где

 

 

 

 

1

фсо§)

±

 

 

±

^СОІ^-СШоСО!)2 ( l

+ Сн ^ св х

 

 

Сд

/

OJ'O

 

/

/ и —=«-оо

 

 

/ о ; —

 

 

Рис. 5.П.1. Частотная зависимость импедансов колебательных систем, представленных на рис. 5.3, рассматриваемых как двухполюсники отно­ сительно точек включения варактора при от­ сутствии демпфирования.

причем знак «+»

перед квадратным

корнем относится к частоте

со о, а знак «—» —

к частоте со'!;

 

 

 

с о | = 1 / / . Н С Н ;

со, =

1 / L B X C B X ;

а>\ = l / L H C a ,

col =

l/Z-вхСд.

П Р И Л О Ж Е Н И Е 5 2

РАСЧЕТ УМНОЖИТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ НА ВАРИКАПАХ

В отличие от варакторных умножителей частоты в умножи­ телях частоты на варикапах проявляются нелинейные свойства ем­ кости закрытого р-п перехода. Влияние нелинейности емкости за крытого р-п перехода уменьшается, если параллельно варикапу подключить дополнительную емкость Сд (см. рис. 5.3, а) или,

эквивалентно этому (см. приложение 5.1), использовать схему с последовательным включением варикапа (см. рис. 5.3, б). Таким

образом, при рассмотрении умножителей частоты на варикапах

можно

поставить

вопрос

об

оптимальной

величине

емкости

С д

В

[55, 27] показано,

что

для у д в о и т е л я

частоты в опти

мальном режиме

частичного

открывания

р-п перехода эффектив­

ность

преобразования

практически не

зависит

от

величины

ем­

кости

Сд. Однако

для

у т р о й т е л я

частоты

в режиме слабого

открывания (режим «А») уже существует некоторое минимально

допустимое значение емкости

С д :

 

 

 

 

 

 

 

 

С д

мин = ( 3 - 5 - б ) С в

при /V = 3.

 

 

 

(5.П.1)

 

Сказанное поясняется

рис.

5.П.2, на котором

для

/V =

2, 3

и К = UN

 

 

 

 

 

 

 

co(CB -f-Cn )

представлены приближенные зависимости Р., -т—•я

 

от относительного

смещения

А =

Ук/Умакс при

различных

Сд/С в

[27],

где

У макс =

<?макс (0

— Qo — максимальное

отклонение

за­

ряда от уровня Q0.

Эти зависимости

строились

при

учете

нелиней

ных

свойств емкости закрытого

р-п

перехода посредством

аппро­

ксимации вольткулоновой характеристики обобщенного варактора

полиномом

третьей степени с

переменными

коэффициентами,

как

это

сделано,

например, в |47,

56]. Из рис. 5.П.2, б видно, что

при

N =

3

неблагоприятным влиянием нелинейности емкости запер­

того р-п

перехода на режим слабого открывания (режим «А»)

мож­

но

пренебречь, если

С д > С Д

М и н (5.П.1).

В

свою

очередь,

при

N =

2

(рис. 5.П.2, а)

предпочтителен случай

Сд =

0.

 

Используя соотношение (5.П.1), нетрудно получить выраже­ ние для Сдмин при N > 3, если в качестве критерия выбрать пре­

вышение в определенное число раз мощности P N ^ преобразуемой варикапом в режиме «А», над мощностью Рдг3 , преобразуемой в режиме закрытого р-п перехода при большой емкости Сд. Из [47] следует, что при небольших N мощность P N 3 при Сд -> оо пример­ но пропорциональна CB/2N, в то время как в режиме «А» P N A ~

~ ( С в

+ С д ) / Л Г 4

128].

Отсюда

следует

 

 

где h

— коэффициент

пропорциональности.

 

Задаваясь

на

примере iV =

3 в соответствии

с (5.П.1) отноше

нием

PNPJPЫь

^ — 0>5, Д л я

небольших

N > 3

получаем

 

 

 

С я ы ш / С ъ

= №/2" +

1 - \ .

(5.П.2)

Положительное влияние добавочной емкости Сд проявляется также и в режиме «В» (К — 0). Оказывается, что при степени нели­

нейности v =

1/2 и при С д = 0 в режиме «В» все четные гармоники,

кроме второй,

в спектре напряжения на варикапе отсутствуют, в то

время как нечетные гармоники отличны от нуля [57]. Таким обра­

зом,

при

v => 1/2,

С д = 0 и к =

0 имеем

картину, противополож­

ную

той,

которая

ожидается на

основе

кусочно-линейного пред-

V-f/2

Рис. 5.П.2. Зависимости нормированной мощности от нормирован­ ного смещения по заряду:

а—для

удвоителя частоты ( К = 1 / 2 ) ; 6 —для

утроителя частоты. ( Д = 1 / 3 ) ,

11 Зак.

масштаб Р 8 увеличен в

100 раз.

1056

305

ставлення вольткулоновой характеристики варикапа. Важно, что спектральный состав напряжения на варикапе в этом случае

оказывается чувствительным к возможным отклонениям

V

вблизи

1/2 и к изменению малой емкости

С д

ф О, которая всегда

присут­

ствует

в качестве

емкости

корпуса

диода и монтажа. Поэтому при

v = 1/2

в режиме

«В» так

же, как

и в режиме

«А», целесообразно

специально

использовать

емкость

С д ,

которая

должна

превышать

емкость

С в

в несколько раз.

 

 

 

 

 

Рис. 5.П.З. Практические схемы утроителей и учетверителей ча­ стоты с ненагруженным контуром, настроенным на вторую гармо­

нику.

С учетом условия

(5.П.2), налагаемого на величину емкости

С д , расчет умножителей

частоты на варикапах может проводиться

аналогично расчету варакторных умножителей частоты. Единст­ венное отличие касается времени восстановления закрытого со­

стояния р-п

перехода

tB,

которое у варикапов больше, чем у варак-

торов. Это

различие можно учесть заменяя формулу (5.36) на

(5.П. 10)

(см.

далее),

в

которой Д//2 =

(л — в)/со.

 

Для

повышения

эффективности умножения при v =

1/3 -г 1/2

в схеме

на

рис. 5.3,

а

вместо емкости

С д параллельно

варикапу

Смотрите также файлы