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

пролетных

колебаний. При

ЛУ,, >

\ 0 ,

частота

остается

неиз

менной и

равной

пролетной.

Диапазон перестройки

частоты

по

напряжению

зависит от

/?н . Чем больше

Ru,

тем в больших пределах по напряжению

мож­

но перестраивать

генератор. Наоборот, при малых

Ra

перестройка

перестройки

по напряжению

(Д(7, <

Un).

Применив разложение в ряд Фурье к форме тока и напряжения,

определим

постоянные составляющие

тока

/ =

и напряжения U0

и амплитуды первых гармоник тока 1Х

и напряжения £/х . Постоян­

ные составляющие тока и напряжения

равны

h

Д(7,

T — f.

1 - е

х -

,

(8.76)

"•'о m і "

Ru

Т

Т

При

этом t'

<

tx, что справедливо

для области

напряжений Un

<

<

U < Un

ir

ЛІД, т. е. для области, характеризуемой наилучши­

ми

энергетическими

показателями.

Амплитуда

первой

гармоники

напряжения

равна

Т

I

1

\2

/2л,

и

( т )

.

2я

.

2п/і

1

2nti

\

1 .

_ ,

X е

' [-ЇГ*™——-—

cos ——

ф

—

U -

_2

А(Уг

f 1

* Г ( т г ) , * ( " ) , и ' '

+

2я

2п-Л

1

2л/ , М

т

''" —

"

"

"

—

J f

( 8 7 8 )

Аналогично (8.78) определяется амплитуда синфазной первой

гармоники тока через диод / ] . В соответствии

с формулами (8.76) —

(8.78),

используя выражения

(8.54)—(8.57),

можно

найти:

—

зависимость

частоты

схемы

от

приложенного

напряжения

и

параметров схемы

R0, RH, L ;

—

зависимость

Я, и к. п. д. схемы

от RH,

L ,

(1П

— / 0 ) / / п

и

напряжения

питания схемы.

Расчетные зависимости периода колебаний и к. п. д. генера­

тора

при различных

параметрах

схемы

показаны

на рис. 8.22.

Анализ работы диода Ганна в рассматриваемой цепи при при­

нятых

допущениях

позволяет

сделать

следующие

выводы

1.

Диапазон перестройки

частоты

генератора зависит

от

при­

ложенного напряжения Дс/ П . Частота

при этом меняется

от / п р до

частот, в несколько раз меньших. С

увеличением

сопротивления

нагрузки

R„ диапазон перестройки по напряжению расширяется

и всегда

составляет

величину

At7t =

(/ п —

lo)Ra-

2. К. п. д. генератора получается максимальным при напря­

жениях, близких к пороговым

и составляющих примерно 0,1 Дб^,

Меньший

к. п. д. генератора при Д с / П

< 0 , l A t 7 j обусловлен

боль­

шим

временем задержки

образования

следующего

домена,

мень­

ший

к. п. д. при Д ( 7 п > 0 , 1 Л с / , обусловлен

стремлением формы

колебаний

тока к форме

колебаний в пролетном

режиме.

Рис. 8.22. Зависимость периода колебаний

и

к.

п. д.

генератора

от

приложенного

напряжения

в

схеме

с

индуктивностью:

/) # н = 2 , 5

«„; /, =

0,4

/,;

/, =

0,8 /,; Z- =

L 0 ;

2)

R H = 12,5

/ , = 0 , 4 / , ;

/, = 1,6 /,; L =

3,5 L„;

3)

R

= 2 5 « 0 ;

/,=0, 4

/,;

/ , = 4/,; L = 7La.

3. Частота,

на

которой

генератор

обладает максимальным

к. п. д., составляет примерно

fapl2.

4. Оптимальная

нагрузка

составляет порядка (Ю-т-25) R0

в за­

висимости от величины индуктивности. Максимальный

к. п. д. ге­

нератора

при (/ п

— /о)/'и

~

0.4 равен

примерно

7%

при (/ п —

— / 0 ) / / п

~ 0,5 — порядка

10%.

расчеты

справедливы

для

Следует отметить, что приведенные

небрежимо малы (('

< tt)

и емкости схемы и домена

незначительны,

что возможно при работе

генератора на низких частотах (порядка

сотен мегагерц).

Учет

времени формирования и

рекомбинации

домена приведет к изменению расчетных форм тока

и напряжения

на диоде, следовательно,

и к другим зависимостям мощности и

случае, который был рассмотрен. С

точки зрения к. п. д. (т) =

•= 7 1 0 % ) и отдаваемой

в нагрузку мощности рассмотренная схе­

ма в режиме с задержкой

образования

домена (при сложной форме

8.3.4. Пример

расчета генератора

на диоде

Ганна

в режиме

с подавлением

домена

Рассмотрим

работу

диода Ганна в режиме о подавлением доме­

на в одноконтурной

резонансной

схеме [41].

Пусть

задана

вольтамперная

характеристика диода Ганна,

т. е. заданы

0П,

/ п ,

/о» Ro, ( ' п — 'оУ^п.

напряжение

при ко­

Поскольку

диод работает

в одноконтурной

резонансной схе­

ме, напряжение

на нем можно

записать

в виде

£/(*)=•

t/i s in

со*.

(8.79)

при 0 < t <

— 4-С,

fit)

= і U„-\-Ui sin

при — 4-t'

< t < T—t",

(8.80)

Ro

(

/ 0

при T — t <t

<Т.

Временные

интервалы

и t"

(рис. 8.23) равны

соответственно

f

1

U0—Ua

(8.81)

со • arc sin • U І

г

= —

arc sin

(8.82)

со

Ul

'п (

I 'о . U » )

_ '«

2л

77 +

Используя выражения

(8.83), (8.84)

и (8.54)—(8.57),

можно

построить зависимости

/ = ,

lx,

Pi, к. п. д. и RH от

U0,

U1,

U'n

и

/ 0 / / п

. Поскольку

по условию

характеристика диода

задана,

U'n

и

/ 0 / / п

известны. Поэтому можно построить зависимости перечислен­

ных

величин от U0 и

Ux.

При заданном

напряжении

питания

U0

величины

/ = ,

/,,

Рь

к. п. д. и Ra будут зависеть от амплитуды

переменной составляю­

щей

напряжения

Ui-

При определенных

значениях

U±,

соответ-

I |

1,0

1,5

і

1

1

* -

2,0

2,5

3,0

Uo_

Рис. 8.24.

Зависимости

RBIRn

и ч от

отношения

UjL/ц

для

режима

с подавлением

домена.

ствуют

оптимальные нагрузки, равные (12-г25)

Следовательно,

чтобы

получить максимальный к. п. д. генератора, например для

Uu

=

2Un.

необходимо сопротивление

нагрузки

сделать

равным

20

Ra.

Максимальный к. п. д. генератора G диодом

Ганна

в рассмат­

риваемом

случае составляет т) =• 6

-г

7%.

Из приведенного рассмотрения

и расчетов следует,

что

работа

гетической

точки

зрения,

чем,

например,

в

резистивной схеме,

и вполне

приемлема

для

практики. Как

видно

из выражений для

/=. и U0.

/і

и U,,

эти

величины

независяг от частоты. Это означает,

что в широком диапазоне частот мощность,

отдаваемая генерато

ром в нагрузку, и к. п. д. генератора при

неизменных

напряжении

питания

и

величине

нагрузки

должны

оставаться

постоянными.

пара

433