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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.08.2024

Просмотров: 65

Скачиваний: 0

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

3. Рассчитываем емкость С ~ Сп + Свпх, где Сп —ем­ кость отрезка линии, если ТД включен на некотором расстоя­ нии от открытого конца линии [17]:

С9ВХопределяем по формуле (3.3).

i.Погонное сопротивление полосковой линии приb„>dn[18]

5.Определяем емкость эквивалентного контура по форму­ ле (3.7).

G. Резонансное сопротивление

липни Кэ с учетом потерь

только в ее проводниках находим из выражения [19]:

2Wa sin3

Я:1-/*.

 

I

7. Добротность линии с учетом емкости ТД

гл _ RgCa

~5,3л *

8.Резонансное сопротивление нагруженной линии [20].

D _ D Qll «SH — К» -Qj

III. Определяем длину волны по формуле (3.12) с учетом влияния нелинейности йольтамперной характеристики туннель­ ного диода.

IV. По формуле (ЗЛЗ) находим крутизну модуляционной Характеристики.

V. Коэффициент нелинейных искажении рассчитываем по формуле (3.41).

VI. Определение девиации частоты производим по форму­ ле (3.42).

ГЛАВА IV

КОМБИНИРОВАННЫЕ СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРОВ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ

Требованиям, предъявляемым к генераторам па полупро­ водниковых приборах, в большей степени удовлетворяют ком­ бинированные схемы генераторов, проектируемые на ГД и транзисторах.

Применение ГД в схемах генераторов расширяет диапазон частот (от звуковых до десятков гигагерц) и температур, сни­ жает уровень внутренних шумов, уменьшает вес и габариты, удлиняет срок службы, делает их практически не чувствитель­ ными к ядерной радиации. Однако ввиду двухполюсной при­ роды ТД возникают трудности при построении многокаскад­ ных схем. Другими недостатками могут оказаться, в зависи­ мости от предъявляемых требований, низкий уровень .выход­ ного напряжения и мощности и сравнительно невысокая на­ грузочная способность. Применение же комбинации ТД с транзистором дает возможность наиболее полно использовать частотные свойства транзистора, увеличить выходное напря­ жение и мощность, устранить влияние нагрузки на стабиль­ ность частоты генератора на ТД.

В данной главе рассматриваются две схемы туннельно­ транзисторных генераторов-усилителей (ТТГ). В первой (рис. 13, а) генератор на ТД включен в базовую цепь транзистора, во второй (рис. 13, б)—в эмиттерную. Основное влияние на входной контур (см. рис. 13, а) оказывает эмиттерная емкость транзистора. Влияние этой емкости ослабляется за счет изме­ нения одновременно с ней сопротивления эмиттерного перехо­ да, что становится эффективным в схеме с ТД.

Когда ТД

(см. рис. 13, б) включается во входной контур и

в эмиттерную

цепь транзистора, значительно уменьшается

влияние дестабилизирующих факторов на частоту автогенера-

64

н ч

5—Зак. 6134

65

тора, т. е. в этой схеме происходит автоматическое управление режимом .транзистора.

В обеих схемах просто решена проблема питания ТД и ос­ лаблено влияние нагрузки на задающий контурВсе это оп­ ределяет преимущества данных схем но сравнению с чисто транзисторными автогенераторами, использующими обратные связи.

4.1 А н а л и з э к в и в а л е н т н ы х с х е м

Для схемы включения

транзистора

с общим

эмиттером

(см. рис. 13, а) удобной

для анализа

является

П-образпая

схема. Полная эквивалентная схема будет иметь

вид, как па

рис. 13, в, где введены

следующие обозначения:

L)—индук­

тивность внутреннего контура.С',--- С„ гС |—1емкость внутреннего

контура с учетом емкости р—п перехода ТД; 0„ ус­ редненная по 1-й гармонике отрицательная проводимость ТД;

Гб —объемное сопротивление

базы:

g63, у(-,к,

—прово­

димости

соответствующих

переходов; Сг„, Сбк —емкость со­

ответствующих переходов;

С>,

L. —емкость и индуктивность

внешнего контура.

 

 

 

 

Эта схема очень сложна. Для упрощения ее анализа сде­

лаем

допущение: рабочая

частота

Г<10,02

U ■ Внут­

ренней обратной связью можно пренебречь и учесть влияние на внутренний (задающий) контур только входной цепи тран­

зистора. Тогда эквивалентная

схема

примет вид,

как на рис.

13, г.

 

 

 

Для схемы ТТГ (см. рис.

13, б)

удобно применить Т-об­

разную схему с общей базой.

 

 

 

Т-образная эквивалентная

схема

(рис. 13, д)

построена

иа основе физических процессов в транзисторе, режимные и

температурные

зависимости

параметров

в ней выражаются

проще, чем в П-образной.

В

этой схеме

—полное сопро­

тивление эмкттерного

перехода; рэк —коэффициент обратной

связи по напряжению;

—полное сопротивление коллектор­

ного перехода;

Re— сопротивление, включенное в цепь базы.

Если пренебречь эффектом

изменения ширины коллекторно­

го перехода при

изменении

напряжения на нем (е = -хэк U K=

= 0), получим Т-образную схему (рис. 13,

е ), где введены сле­

дующие обозначения;

Сэ,

Ск—емкости

эмиттерного и кол­

66

лекторного

переходов, гэ, i‘K— сопротивления эмиттерно-

го и коллекторного переходов.

 

Проведем

анализ входной цепи

нагруженного транзисто­

ра, учитывая, что при токах эмиттера

1э= 2 —5 ма, гэ < —U ,

активная проводимость на рабочей частоте много меньше ем­

костной g„<wCK) индуктивностью выводов

ТД

Ls и сопро­

тивлением потерь

R s

пренебрегаем, так

как

на {<0,02

Rs + j2^f Ls <

R3Gn

(R3 —эквивалентное сопротивление

контура). Для схемы с общей базой удобно

пользоваться h-

параметрами. Представим сопротивление входной цепи в ви­ де последовательно соединенных сопротивлений Zj и Z2 (рис.

13,

ж):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z„x — Z, -f- Z2,

 

 

 

где

Z , = h M— зависит

только

от

параметров триода;

 

 

Z2— от параметров

триода

и сопротивления

на­

 

грузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ZBX= h 11-bZ2

 

или

 

[211

 

 

 

ZDX= h„

 

hi3li31 Z1,

 

 

 

 

 

1 +

h23 Z„

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

ZH—сопротивление

нагрузки

(контур L2C2).

В другом

виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

—

 

1

 

 

 

 

 

 

^вх —

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

- + -К -

 

 

 

 

 

ъ'

 

‘

7 '

 

 

 

 

 

 

 

 

^22

 

 

 

где

z „ = ZH(— h,2 h2l);

Z22 =

Z22 (— hl2h,,): Z22

 

 

Таким образом, Z-,~

—--------— ,1-1 структурная схема при-

 

 

l' '

 

7'

 

 

 

 

 

 

“11

 

 

/-'22

 

 

 

мет вид, как на рис. 13, з, где X,', =

hu6 Z„;

Z» =

h°°;

hofi=

—й]2 h21.

Используя соотношения из [211 и учитывая сделанные ра­ псе допущения, получим:

5*

67

(4-0)

 

Zn — шСк Гб JLwct.

 

 

 

Так

как на резонансной

частоте Z„= R,,

a a ^ l

то

 

 

 

 

 

 

 

ZM= wCKГд R,;

Z22 = Гд .

 

 

 

Тогда полная структурная схема генератора будет состо­

ять из

параллельно

соединенных

элементов

Cn.GnL,,под­

ключенных на входе

схемы (рис.

13, з) ;

Z”,

в этой схеме

можно представить какЬ2 =

Ск

 

 

 

Для анализа стационарного режима почти гармонических колебаний удобно применить квазилинейный метод. При этом рабочий участок вольтамперной характеристики диода линеа­ ризуется для колебаний основной частоты и заменяется ди­

намическим отрицательным

сопротивлением,

т.

е. усреднен­

ной за период колебаний

величиной

отрицательного сопро­

тивления р—п перехода,

являющейся

функцией амплитуды

колебаний. Тогда

дифференциальное

уравнение

становится

линейным и поддается анализу алгебраическими

методами.

Для определения

величины среднего

при известной ана­

литической аппроксимации

вольтамперной

характеристики

ТД i (и) напряжение на р—п переходе

можно представить в

виде U = U0+ Uicoswt.

 

 

 

 

Ток через р—п переход будет равен (221

СО

68

где

I,, - -г—J

f(U04- U, cos tut) cos mot cM.

 

0

 

Отношение амплитуды напряжения Ui к амплитуде тока основной гармоники определяет среднее значение сопротив­ ления нелинейного элемента:

— J f (Uo -f- Ut cos a>t) cos tut d (at)

0

В случае аппроксимации вольтамперной характеристики по переменной составляющей симметричным полиномом 3-й степени динамическое отрицательное сопротивление выража­ ется как [22]'

RB

 

+

 

«з и?

где

 

L

J L

■

 

 

2

ди

’

 

«я = 2 -

 

Д1

 

 

(ДU)а

 

ai и аз—коэффициенты аппроксимации;

AI “ ■» —

AU = U„ — U„;

I,„ Un, I„, U„ —токи и напря­

жения в точках максимума и минимума характеристики-

Если параметр jj- = (— s, — G)^-j=-j2 < 1,в схеме установят­

ся квазпгармопические колебания [22].

В рассмотренных выше эквивалентных схемах ТД заме­ няется отрицательной динамической проводимостью, а не от­ рицательным сопротивлением вследствие того, что, исходя из общей теории устойчивости активных линеаризованных цепей [231, приборы, имеющие зависимость тока от напряжения в виде N-образной кривой устойчивы при коротком замыка­ нии. К таким приборам как раз. относятся ТД, их следует поэ­ тому характеризовать входной проводимостью. Это относится

-69

Смотрите также файлы