Файл: Дьяченко Б.М. Генераторы частотно-модулированных колебаний на полупроводниковых приборах с отрицательным сопротивлением [монография].pdf

Выражение (3.35) отражает весьма сложную зависимость сдвига средней частоты от напряжения смещения, амплитуд токов основной частоты и гармоник модулирующего напряже­ ния и эквивалентной добротности, которая, в свою очередь, является функцией параметров ТД и колебательной системы.

3.5. И з м е н е н и е с р е д н е й ч а с т о т ы при ч а с т о т н о й м о д у л я ц и и з а с ч е т н е л и н е й н о с т и е м к о с т и

р — п п е р е х о д а т у н н е л ь н о г о д и о д а

В режиме малых колебаний сдвиг частоты при подаче мо­ дулирующего напряжения в основном происходит за счет нели­ нейности емкости р—п перехода ТД. Если переход резкий, то его емкость может быть выражена формулой (3.0).

57

стоянная составляющая емкости ТД увеличивается, а следо­ вательно, увеличивается и нестабильность средней частоты.

При малых значениях модулирующего напряжения, когда

_3_ 16

54

Из выражения (3.40) видно, что при подаче модулирующе­ го синусоидального напряжения средняя частота уменьшается

примерно в [l - 4 ~ ( ?Д „ ) раз. Нестабильность средней

частоты растет с увеличением Us .

На рис. 11, б изображен график изменения средней часто­ ты под воздействием модулирующего напряжения. Из графи­

и оптимальная де виа ция частоты

Коэффициент нелинейных искажений может быть опреде­ лен из выражения (3.34):

Рассчитанная по этому выражению зависимость коэффи­ циента нелинейных искажений от напряжения смещения изо­ бражена на рис. 12, а (кривые 1 и 2).

Расчет производился при постоянном модулирующем на­ пряжении Us —0,5 мв. Из графика видно, что с увеличением напряжения смещения в пределах падающего участка вольтамперной характеристики ТД коэффициент нелинейных иска­ жений уменьшается.

На рис. 12, б изображены зависимости Si*. S,„ и S;i0J от напряжения смещения. Расчет их производился по формулам

(3.13), (3.36) и приложению.

Для определения оптимальной девиации частоты Д ш0пт,

с точки зрения получения необходимого коэффициента н'елиней-

59

пых искажений подета ним н (3.41) выражение (3.14) и ре­ шим его относительно Дсо:

Рассчитанная по этому выражению зависимость девиации частоты от напряжения смещения при неизменном модулиру­ ющем напряжении Uu изображена на рис12, а, где кривая 1—расчетная, а 2—экспериментальная. Анализируя зависи­ мости t(U0) и Д ш( U„), можно сделать вывод о том, что с увеличением напряжения смещения в пределах падающего участка вольтамперной характеристики у и Дсо уменьшаются.

Таким образом, девиация частоты находится в тесной свя­ зи с коэффициентом нелинейных искажений, поэтому в каж­ дом отдельном случае необходимо принимать компромиссное решение.

3.7Па раз итная амплит у д на я мод у ляция

Немаловажным фактором при частотной модуляции яв­ ляется величина амплитудной модуляции. Причина—изме-

60

сопровождаться наибольшей паразитной амплитудной моду­

дается при меньших коэффициентах включения (см. рис. 10, б ).

ная модуляция незначительна. Причем наименьшая ее величи­ на будет при р = 1.

Так, при изменении U0 на 20 мв UKменяется на 17 мв в са­ мом неблагоприятном, с этой точки зрения, участке вольтам. псриой характеристики (Uo = 60—80 мвК При Uo=100--I80 мв

GO мв, т. е. на 1 мв изменения Uo, UKизменяется на 3 мв, при­ чем для обеспечения Af =56 Кгц необходимо подавать Us = 10 мв, что приводит к значительной паразитной амплитудной модуляции (5,56,/») при малой девиации частоты.

Из вышеизложенного следует, что коэффициент включения туннельного диода относительно контура надо брать равным

Прежде чем приступить непосредственно к расчету, необ­ ходимо выбрать схему генератора, тип ТД и метод аппрок­ симации.

Наиболее подходящим ТД будет тот, у которого отноше-

61

ime емкости p—ft перехода Cn (пф) к отрицательному сопро­

тивлению R „ ( om) будет больше 1/5. Коэффициент включения

ТД в контур необходимо выбирать меньше единицы. Вопросу аппроксимации вольтамперных характеристик ТД

посаящено большое количество работ. Однако было бы неправильно искать некоторую универсальную аппроксимирующую функцию, которая считалась бы наилучшей при решении лю­ бых задач. Выбор метода аппроксимации должен быть тесно увязан с конкретно решаемой задачей. В нашем случае для определения гармонических составляющих тока достаточную для инженерных расчетов точность дает аппроксимация вольтампериой характеристики ТД полиномом шестой степени [16].

Целью расчета является определение оптимальных значе­ ний девиации частоты и коэффициента нелинейных искаже­

ний.

Порядок расчета следующий:

1. Определяем коэффициенты полинома:

Ski gK. Skj Sk к = 1, 2, 3

(см. приложение).

II. Находим следующие амплитуды гармоник тока и их производные:

(см, приложение).

Затем в зависимости от выбора применяемой колебатель­ ной системы производится ее расчет.

В нашем случае колебательной системой является несим­ метричная полосковая линия с воздушным диэлектриком.

Исходные данные для расчета: f—частота; Q„ —нагружен­ ная добротность; W —волновое сопротивление—выбираем из соображений отсутствия Паразитных колебаний.

1.Определяем длину полосковой линии по известным фор­ мулам.

2.Находим Ширину Полосковой линии. Расчет производим

При заданном расстоянии между полосками dn [17]:

62