Рис. 6.4. Режимы работы варикапа:
а) р-п переход заперт; б) р-п |
переход частично открыт; |
в) граничный |
режим. |
соотношению (6.6) емкость Св будет равна емкости варикапа по первой гармонике С в 1 , под которой будем понимать от ношение амплитуды синусоидального заряда Qx к напря жению амплитуды первой гармоники U1 на варикапе, т. е. CB i — Ql/Ul. Требование линейности модуляционных ха рактеристик обусловливает переход в режим частичного открывания р-п перехода [9], поэтому емкость варикапа по первой гармонике С в 1 м а к с должна быть несколько больше емкости Св , т. е.
С в , м а к с * L I Св . |
(6.9) |
Учитывая, что максимальная точка модуляционной характеристики (71((70) (рис. 6.3) соответствует условию
резонанса (u>Ll —1/шС1) = 1/<лСвШЛК0, согласно (6.9) по лучаем выражение для емкости Св :
( о С ^ — Ц — . |
(6.10) |
шЦ — 1 /шС, |
|
Из (6.2) при учете (6.7), (6.10) нетрудно получить оптималь
|
|
|
|
|
|
|
|
ное значение |
L = 1,8 |
для v = 1/3, |
а также |
аналогичные |
значения для |
v =j= V3 . |
Например, |
для v = |
V2 |
в соответ |
ствии с |
(6.2) имеем L o |
n T |
— 2,5. |
|
|
|
При |
выборе варикапа |
усредненную емкость Св |
или свя |
занную с ней с помощью выражения (5.3) дифференциаль
ную емкость С0 удобно рассчитывать, используя |
ранее най |
денную величину проводимости GH |
(6.8). В результате сов |
местного рассмотрения (6.10) и (6.4) |
получаем |
|
coCB = 3,6GH . |
(6.11) |
Практика показывает, что наряду с основным полезным эффектом модуляции могут существовать скачкообразные изменения высокочастотных колебаний, а также возникать дополнительные интенсивные составляющие спектра. При
|
|
|
|
|
|
|
|
расчете |
параметров последовательного контура |
|
L l t |
Сь |
а также |
величины |
блокировочной индуктивности £ б |
л |
необ |
ходимо учитывать |
обеспечение устойчивого режима |
работы |
модулятора. |
|
|
|
|
|
Устойчивость по основной гармонике обеспечивается |
выбором |
режима |
работы |
модулятора Режим задается |
с |
помощью |
U0 так, чтобы использовать только ту часть моду |
ляционных |
характеристик |
которая находится слева |
от их |
максимума |
и не имеет неоднозначности (см. рис. 6.3). |
|
|
|
В контуре, содержащем нелинейную емкость, могут воз никнуть паразитные колебания субгармоники на частоте ы/2. Для предотвращения возбуждения субгармоники до
статочно, |
чтобы |
цепочка, состоящая из Ьъ Cv |
представ |
ляла на |
частоте |
©/2 емкостное |
сопротивление, |
т. е. |
|
|
>^-Lx. |
(6.12) |
|
|
Сг а/2 |
2 |
|
Если неравенство (6.12) удовлетворяется с небольшим запа сом, то с учетом (6.4) можно записать формулы для расчета
© І ! - 1 / 2 , 5 G„,
(6.13)
Кроме того, неустойчивость колебаний может быть обус ловлена цепями смещения. Эквивалентная схема модуля тора на варикапе по постоянному току (см. рис. 6.2) при ведена на рис. 6.5. В таком контуре могут возникнуть авто колебания, причиной которых может быть появление уча стка с отрицательным сопротивлением на динамической
вольтамперной характеристике варикапа I0(U0), |
где / 0 — |
постоянная составляющая тока, текущего через |
варикап, |
U0 — постоянная составляющая напряжения. Возникающие низкочастотные колебания в цепи смещения вызывают автомодуляцию высокочастотных колебаний [19].
Динамическая характеристика /0 (£/0 ) может иметь уча сток отрицательного сопротивления из-за влияния высоко частотных колебаний и, как показано в 120, 21], по харак теру может повторять зависимость амплитуды колебаний высокой частоты от смещения t/1 (0, n )- Участок отрицатель-
ного сопротивления может появиться и в результате различ ных аномалий в физических свойствах р-п перехода. Не зависимо от причины существования отрицательного участ ка в динамической характеристике I0(U0) для устранения автоколебаний достаточно снизить добротность контура в цепи смещения до единицы, вводя антипаразитное сопро тивление /?б л , т. е. QH = Р2 /#бл = I» и л и
|
Rto^YUJiCi+CJ |
, |
(6.14) |
где Сг — емкость последовательного |
контура (см. рис. 6.2); |
Св — усредненная емкость варикапа. |
|
|
Рис. 6.5. |
Упрощенная схема колеба |
|
|
тельного |
контура, работающего при |
|
|
|
самомодуляции. |
|
|
Индуктивнось /_,бл как блокировочный элемент рассчи тывается по отношению к емкости варикапа С в :
с о 1 б л « 10/сйСв = 1/0,36 GH . |
(6.15) |
Чтобы рассчитать балластное сопротивление модуля тора і?м (см. рис. 6.2), необходимо знать емкостное сопро тивление варикапа на максимальной частоте модуляции ^макс- Учитывая, что в процессе модуляции усредненная емкость варикапа несущественно превышает емкость Св , исходим из условия, что сопротивление RM Должно быть по крайней мере на порядок меньше емкостного солротивления 1/ЙСв при максимальной частоте модуляции:
я м < і / к ш м а к с с в
или в соответствии с (6.11) может быть выражено через про водимость, G„; . . . . . . .
''макс Jaua,
Соотношение (6.16) позволяет оценить максимальную мощ ность модулятора Ра = (Уо молч/2/?м и сравнить ее с высоко-
|
|
|
|
|
|
|
частотной |
мощностью |
в |
нагрузке в |
режиме |
молчания |
^ н м о л ч = ^ і м о л ч < З Н / 2 . |
Принимая |
в соответствии |
с рис. 6.3 |
^ 1 м о л ч / ^ о м о л , = 1.5 и используя |
(6 . 16), |
получаем |
|
Л Л м о л ч > 1 6 О м а н с / 0 » . |
(6.17) |
При большой разнице |
частот & м а к с |
и со отношение |
PQ/РНМОЛЧ, |
вычисленное |
по формуле |
(6 . 17) , |
получается |
чрезвычайно малым. В этом случае величина Ра определяет ся мощностью, необходимой для подмодуляции предоконечного каскада (см. рис. 6.2). Соответственно и сопротивление /?м в этом случае надо выбирать из условия его соизмери мости с сопротивлением предоконечного каскада по постоян ному току.
В заключение отметим особенности настройки амплитуд ного модулятора на варикапе. Как следует из [10], для полу чения максимального к. п. д. оконечного высокочастот ного каскада желательно использовать всю модуляционную характеристику от нуля до максимального значения £ 7 ш а к с . Если ввести понятие коэффициента использования модуля
ционной характеристики h = U1M/U1MSiKC, г Д е — мак симальное значение амплитуды первой гармоники в процес
се модуляции, то в соответствии с рис. 6.3 оптимальное зна чение h выбирается равным
h = U i J V l m M = Q,9. |
(6 . 18) |
При увеличении коэффициента h свыше 0,9 и стремлении его к 1 к. п. д. оконечного каскада практически не возра стает, но зато заметно увеличиваются нелинейные искаже ния. Поэтому при настройке схемы максимальное значение амплитуды напряжения на нагрузке следует устанавливать на уровне0,9 от максимально возможного, и, следователь но, в режиме молчания амплитуда напряжения должна составлять 0,45, а не 0,5 от максимально возможной.
6.5.ОЦЕНКА ИНДЕКСА ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ
При использовании в качестве амплитудного модулятора нелинейной управляемой емкости наряду с полезным эффек том амплитудной модуляции. имеется паразитная фазовая модуляция. В литераТуре [22] отмечается, что в некоторых неблагоприятных режимах индекс модуляции фазы т мо жет быть выше коэффициента модуляции М. В таких слу-
