Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 188
Скачиваний: 1
можно поставить также последовательный ненагруженный контур,
настроенный на вторую гармонику, если |
N •= 3; 4 [ 58 , |
59] или |
|||||
применить несколько ненагруженных контуров, если N |
4 [601 |
||||||
Необходимость в таких контурах |
возникает |
тогда, |
когда |
емкость |
|||
С д не удовлетворяет |
одновременно условиям |
(5.46) |
и (5.П.2). |
||||
Различные варианты практических схем утроителей и учетве- |
|||||||
рителей частоты с одним ненагруженным |
контуром |
представлены |
|||||
на рис. 5.П.З [61]. В целях улучшения фильтрации |
нежелательных |
||||||
гармоник эти схемы (рис. 5.П.З) |
могут |
быть |
усложнены |
добавле |
|||
нием режекторных контуров [62, 63J. Кроме |
того, для повышения |
||||||
к. п. д. можно включать и дополнительные |
по сравнению |
с мини |
|||||
мально необходимыми |
ненагруженные |
контуры [44, 64]. |
Однако |
||||
схемы при этом получаются довольно сложными.
Среди умножителей частоты как на варикапах, так и на варакторах большое распространение получили удвоители без дополни
тельной емкости |
С д , а |
также утроители и |
учетверители |
частоты |
|
(см. рис. 5.П.З) |
с ненагруженным |
контуром, |
настроенным |
на вто |
|
рую гармонику |
частоты |
внешнего |
воздействия [1—4, 14, |
15, 20, |
|
25, 26, 61—70]. Рассмотрим именно эти типы умножителей. Све дения по умножителям частоты высокого порядка с использованием
ненагруженных контуров |
можно найти в литературе |
[29, |
44, 60, |
|||||||||
64, |
71]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как показывает анализ, приведенный в работах |
159, |
71—73] |
|||||||||
для закрытого варикапа с резким р-п переходом |
(v =• 1/2), фазо |
|||||||||||
вые |
соотношения |
между |
гармоническими |
составляющими |
заряда |
|||||||
q (at), |
протекающего через |
варикап |
в оптимально |
настроенном ум |
||||||||
ножителе, |
таковы, |
что справедлива |
зависимость |
|
|
|
||||||
q ((at) — Q0 = Qi sin со/ tyQ2 |
sin 2со/ ^ Q 3 s i n 3co^Q 4 |
sin 4шг\ |
(5.П.З> |
|||||||||
где |
to — частота |
внешнего |
воздействия; Q0 |
— заряд |
смещения на |
|||||||
варикапе; |
Qm — амплитуда |
соответствующих |
гармоник заряда (при |
|||||||||
N = 2 |
< ? 8 = С > 4 = 0 ; |
при N = 3 0 4 =• 0; при |
N =• 4 |
<?3 =0) При |
||||||||
анализе утроителей и учетверителей частоты условие реактивного характера проводимости контура второй гармоники (что эквива лентно требованию высокой добротности этого контура) приводит к следующим соотношениям:
|
|
|
< Ь - Э Д . « « * - э . |
|
) |
|
|
( 5 . п . 4 ) |
||||
|
|
|
Q J = 2 Q 2 Q 4 |
для /V = 4. |
| |
|
|
|
||||
|
При |
условиях (5.П.4) мощность PN, |
преобразуемая |
утроите |
||||||||
лей |
и |
учетверителем |
частоты, |
|
оказывается |
пропорциональной |
||||||
Q\Q2 |
[ 59, 72, 73], |
т. |
е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PN~Q\Q>t |
при /V = |
3, 4. |
|
|
(5.П.5) |
||||
|
При |
заданном |
максимальном |
отклонении |
заряда |
(?м а ко =• |
||||||
"= <7макс (0 ~~ Qo и з |
(5.П.З)—(5.П.5) |
можно |
найти |
оптимальные |
||||||||
величины отношений QJQX, QJQv, |
|
QJQ\ |
и Qi/Омакс, |
соответствую |
||||||||
щие максимуму преобразуемой мощности PN. |
Полученные таким |
|||||||||||
способом оптимальные соотношения |
амплитуд сведены в табл. 5.ПЛ. |
|||||||||||
Наряду |
со значениями, |
соответствующими максимуму преобразуе |
||||||||||
мой мощности, в табл. 5.П.1 записаны |
аналогичные величины, най |
|||||||||||
денные |
из требования |
минимума |
рассеиваемой |
в Rs |
мощности Pi |
|||||||
11* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
307 |
Оптимальные соотношения амплитуд гармоник чаряда
|
N |
|
2± |
0» |
9* |
|
|
|
|
Qi |
Qt |
|
''макс |
|
максимум |
РN |
0,5 |
0 |
0 |
0,77 |
2 |
минимум |
Ps |
0,4 |
0 |
0 |
0,82 |
|
||||||
|
максимум |
Рдг |
0,55 |
0,5 |
0 |
0,62 |
о |
минимум |
Р8 |
0,6 |
0,5 |
0 |
0,6 |
|
||||||
л |
максимум |
PN |
1,0 |
0 |
0,5 |
0,55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
минимум |
Ps |
1;2 |
0 |
0,42 |
0,5 |
[711 при условии, что потери малы. Различие в этих значениях получается небольшим, и для практических расчетов условия максимума преобразуемой мощности PN и минимума мощности по терь Р, можно считать совпадающими.
Данные табл. 5.П.1 справедливы для режима закрытого р-п перехода при v ==> 1/2. Однако, как показывают вычисления [44, 64], при переходе в режим частичного открывания и при исполь зовании степени нелинейности v, отличной от 1/2, оптимальные соотношения амплитуд Qlt Q%, Q3 и Qt остаются практически неиз менными.
Временные зависимости (q {(at) — QoVQi, построенные по фор
муле (5.П.З) с использованием данных табл. 5.П.1, изображены на рис. 5.П.4. Пользуясь этими зависимостями, можно определить оптимальную степень открывания р-п перехода. Для этого заметим,
что при изменении смещения Qo в сторону открывания р-п |
пере |
|||||||||
хода во временнбй зависимости напряжения на варакторе |
и (at) |
|||||||||
при q (cor) < 0 появляется уплощение, которое порождает |
в спект |
|||||||||
ре напряжения и (cat) интенсивные гармоники. По этой |
причине |
|||||||||
режим частичного открывания |
по сравнению с режимом закрытого |
|||||||||
р-п |
перехода характеризуется |
лучшими |
энергетическими |
показа |
||||||
телями [44, |
64]. Однако при |
дальнейшем |
изменении |
смещения Q9 |
||||||
в сторону |
открывания |
во временнбй |
диаграмме q |
((at), |
как |
следует |
||||
из |
рис. 5.П.4, наряду |
с основной |
областью q < |
0 при N = |
3, 4 |
|||||
появляется дополнительная область q < 0. Это приводит к допол нительному уплощению в зависимости и (со/). Действие которого, как показывает анализ, направлено противоположно действию ос новного уплощения. В результате при сильном заходе в область открывания р-п перехода эффективность умножения падает.
Таким образом, |
для утроителя |
и |
учетверителя частоты сме |
||
щение |
в оптимальном |
режиме Q0 0 I I T |
должно выбираться |
в соответ |
|
ствии |
с условием границы появления |
дополнительного |
импульса |
||
в отрицательной части заряда q (со/). Найденный из этого условия
1 1 1
1к
7,0 V/ Чу.
1
1 7
At- ? •ч£ - П Г,
4Ч Пй
пи
-я |
-2ж/3 -я/3 |
j |
Я/З |
2я/3\ • |
Я\ |
|
|
|
-пи~ |
\ |
/ |
|
|
|
и,ч— |
\- • |
г |
|
|
|
-ПЙ |
||
|
|
|
\// |
||
|
|
|
цр |
||
|
|
1 |
-17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\\ |
til |
|
|
|
|
til |
|
|
|
|
|
|
ЧІ |
7,0 |
|
|
|
|
ті |
|
|
|
\\-2,0
Рис. 5.П.4. Временные зависимости заряда, текущего по варикапу, в умножителях частоты без дополнительной емкости С'д.
уровень оптимального смещения Q0 опт на рис. 5.П.4 изображен
пунктиром. Для удвоителя частоты уровень оптимального откры вания согласно рис. 5.П.2, а соответствует Q0 = 0. В результате
оптимальные режимы умножителей характеризуются следующими значениями относительного смещения л о п х = Соопт/Фмакс и интер вала времени открытого состояния р-п перехода At:
Х о п т |
= |
0; |
Д/ = |
я/ш |
при |
N = |
2, |
\ |
|
W |
= |
°,3; |
Дг = |
0,46лДо |
при ЛГ = |
3, |
1 |
(5.П.6) |
|
Х О П Т |
= |
0,45; |
Д^ = |
0,48я/со |
при |
N — i . |
J |
|
|
Для того чтобы судить об изменении мощности и к. п. д. умно жителей при постепенном переходе от режима закрытого р-п пере
хода к режиму частичного открывания, приведем данные [44, 64, 71] для удвоителя, утроителя и учетверителя частоты с использо
ванием |
как варикапов (v =• 1/2, |
1/3), так и варакторов ( v = |
1/3,0). |
||
Соответствующие величины, |
характеризующие режим и эффектив |
||||
ность |
работы |
рассматриваемых |
умножителей, сведены в |
табл. |
|
5.П.2—5.П.4. |
Данные этих |
таблиц пересчитаны таким образом, |
|||
чтобы |
можно |
было использовать |
следующие обозначения: |
|
|
^=Фо/Фмакс—нормированное смещение по заряду;
|
С в = Яй макс |
|
|
|
|
|
||
|
и макс |
1 — V |
|
|
|
|
|
|
— усредненная емкость |
закрытого |
р-п |
перехода |
(5.3); |
Сп => |
|||
•=(dq0/du)u=Uri |
— дифференциальная емкость закрытого |
р-п |
пере |
|||||
хода при |
напряжении и0; |
|
Cj =• QilUlt |
С2 |
= <?2/сУ2, |
С 3 |
= |
Q-JU3, |
C\=QJUi—характеристические емкости р-п перехода, усред
ненные соответственно по первой, второй, третьей и четвертой гар
моникам; |
Р н |
макс— |
максимальная мощность |
в |
нагрузке, |
|
которая |
|||||||||
достигается |
при |
частоте со = |
Сйм а к с- |
Частота сом а кс обусловлена |
||||||||||||
влиянием |
потерь |
мощности |
в |
сопротивлении |
Rs. |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
5.П.5. |
Временные |
диаграм |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мы, |
соответствующие |
воздейст |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вию |
на |
варикап |
прямоугольных |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
импульсов і |
(t) |
в |
пренебрежении |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рекомбинацией: |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' а |
— при |
отсутствии |
эффек |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
та конечного |
времени |
восстаноиления; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ п р = - 2 ' о б р | Д / = 1 - 5 / и > - |
||||||
При |
со > |
с о м а |
к с |
мощность |
Рв |
в |
удвоителе |
частоты |
остается |
|||||||
практически |
неизменной и равной |
Я н ^ ^ н м а к с , |
а |
в утроителе и |
||||||||||||
учетверителе |
с |
увеличением |
частоты со > |
со м а К о мощность Рн |
падает |
|||||||||||
(Рн < |
Рнмакс) |
171]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Для |
расчета |
коэффициента |
полезного |
действия |
варикапа |
|||||||||||
(v = |
1/2, |
1/3) |
или варактора (v = |
1/3, |
0) данных табл. б.П.2—5.П.4 |
|||||||||||
недостаточно, так как в таблицах |
не отображены мощности |
потерь |
||||||||||||||
за счет эффекта |
восстановления |
Рв |
и эффекта |
рекомбинации Р0, |
||||||||||||
а также не учтена разница в сопротивлениях варикапа при закры
том ( Я 8 3 ) |
и открытом (i?s 0 ) р-п |
переходе. |
|
|
Свойства варикапа на этапе восстановления закрытого состоя |
||||
ния р-п |
перехода удобно рассматривать |
при |
воздействии прямо |
|
угольных |
импульсов тока в |
пренебрежении |
рекомбинацией, как |
|
это показано на рис. 5.П.5. Во время действия отпирающего им
пульса в интервале |
(0 -г- tH) |
в варикапе накапливается |
заряд |
при |
||||||||||
обратном |
токе / ^ р . С |
момента |
ta |
начинается |
рассасывание заря |
|||||||||
да |
При |
прямом |
токе / п р . |
В |
момент |
времени |
t3 р-п |
переход за |
||||||
крывается и ток |
/ п р |
разделяется на две составляющие. Одна со |
||||||||||||
ставляющая обусловлена рассасыванием заряда qn (/), |
|
накоплен |
||||||||||||
ного в периферийных |
по |
отношению |
к р-п |
переходу |
областях |
|||||||||
варикапа. Заряд |
qn |
(г) |
эффективно |
действует |
в течение |
времени |
||||||||
восстановления |
/в , |
которое |
определяет |
изменение |
тока |
(п (t) |
||||||||
(см. |
рис. 5.П.5) |
от |
/ п р |
до 0,1 |
/ п р . |
Другая |
составляющая, равная |
|||||||
Лір — 'п (0> обусловлена зарядом, |
который накапливается |
в за |
||||||||||||
порном слое р-п |
перехода. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
