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: 70

Скачиваний: 0

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

Е, =

(4-С, -

Cl -Ь 4 "

С>) ( “

а‘Ь>-

 

4

3>b>) +

( 4 г С>

 

 

 

1

~з \ (

 

9

а,

 

 

90

з . я

 

 

 

 

 

 

 

1 5 Г С1Д - ~ а,Ь' - I T а‘ Ь'.

 

 

 

 

К =

 

 

 

 

3

o.i \ (

2,

 

,

з

2,3

;

 

 

- и - С .- Т Ж - С ? ) (a?bI +

4 a ? b ?

 

 

 

 

 

 

 

1

Ci

 

 

3

 

я,

30

з <з |

,

 

F — ( 32

С,

 

 

 

 

4

aib,

jg

ai bi j

,

 

 

 

256

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H«- (nVC,

4 - C ? ) ( a ! b 1+ | a ! b ! ] ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Yi=(4“C~ 4"c' + ~ w c*) 4" a>b‘ + ("жCi—

 

 

 

 

 

 

 

1

\

9

3 , 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф

- ( 4 - С , ----- 4 - с ? ) 4 - а ? ь ? ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

128

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_1__

 

 

1

~ з \ 3

3 . 2 .

 

 

 

 

 

 

G = (-4rr Cj

236

 

j

4

3l bl

 

1

 

 

 

 

 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

 

Г =

 

3

2 , 2 / 1 r

 

128

-Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aib4 " i r Cl

 

 

 

 

 

 

 

м =

(4" C, - 4" Cl + “J r C‘ ) T

 

 

3| b‘

( 32

Cl

 

 

 

 

 

 

 

 

1

п з \

30

3 . 3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

~ Ш ~ Cl J I T

31 bl ’

 

 

 

 

 

 

 

 

p=(-^rc‘

 

3

~3 \

 

1

2.3

 

 

 

 

 

 

 

128

Ci

I —

ai bi ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

„ з \

 

 

10

з , з .

 

 

 

 

X* =

l - ^

C* -

256 Ci HfR-aibi ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

~ з \

1

з . s

 

 

 

 

 

 

Qi

~

("Тб- ^ 1

128

Ci

 

I — ai bi .

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tu =

ш0 [1 +

A, + B, cos o>t —H cos 2cut +

 

D, cos3wt -|-(E,cos tut +

+ К cos 2mt +■ Fcos 3wt +

Hj) cos Qt +

( Y, cos 0 1 — Ф cos 2 +

32

+ G cos 3u>t — Г) cos 22t — (M cos cot -)- P cos 2wt —

— Xx cos3«)t +

Q,) cos 32t].

(2.10)

В этом выражении члены, не зависящие от 2t,

определя­

ют среднюю частоту:

 

 

шср = w0 [1 + А, + В,coscot — 0

cos2cot + DiCOs 3wtJ.

(2.11)

Из формул (2.10) и (2.11) следует, что при частотной мо­ дуляции генератора на ЛПД с варикапом среднее за период модулирующего тона значение частоты колебаний с учетом ВЧ напряжения больше величины со0, определяемой стати­ ческими параметрами Lp и С„о. Нелинейный сдвиг частоты и

коэффициенты гармоник модулирующего тона зависят от амплитуд напряжения высокой и модулирующей частот, а также от отношения емкости активной части р—n перехода ЛПД С(1о) и емкости варикапа Св0.

Поскольку о )> 2 , то для определения средней частоты за период высокочастотных колебаний проинтегрируем выраже­

ние (2.10) от — -тр До + -у- • Получим

ш= шо [1 + Ai + Н cos 2t — Г cos 22t — Qt cos 32t].

(2.12)

Из этой формулы можно определить коэффицйенты нели­ нейных искажений по 2-й и 3 й гармоникам:

Т2 =

1 +

 

)

(2.13)

 

 

 

 

Тз

i+ 4 bi

(2.14)

 

 

г

16Ifi

'

aTbj

(2.15)

 

Т =■

i +

JL ь*

 

 

 

 

2

1

 

Для определения оптимальной девиации частоты, с точки зрения получения допустимого коэффициента нелинейных ис-

3— Зак. 6134

33

каженпй, подставим в выражение

(2.15) известную формулу

для девиации частоты

Д tu =

S.., Ue . Тогда получим

Дш„

 

 

 

 

 

(2.16)

S... может быть получена дифференцированием (2.12).

 

 

 

?2

 

“ 1 ]2

I ;2

 

 

 

и.

 

3Uf

Ur.

 

 

 

U3

‘

 

(2.17)

 

 

 

UО

где

^ ~ 16 С ‘

128

Cl

'

 

 

 

 

 

Из формул (2.13—2.15) видно, что на коэффициент нелиней­ ных искажении и девиацию частоты оказывает влияние кро­ ме модулирующего напряжения 1Ь> также амплитуда высоко­ частотного напряжении Уь которую при расчетах необходимо считывать.

2.3. Расчет генератора на лавинно-пролетном диоде

Расчет будем производить для режима, когда генерируе­

мая частота мг значительно ниже

пролетной частоты

ю„ |8|.

В этом случае паразитными параметрами диода L„ С„

можно

пренебречь.

 

 

Одним из главных требований,

предъявляемых к схеме,

является согласованность ее с импедансом диода на основной частоте. На высших гармониках сопротивление схемы долж­ но носить чисто реактивную нагрузку. Для выделения мощно­ сти на 2-й гармонике схема должна быть согласована с импе­

дансом

диода и представлять

реактивнаую нагрузку на ос­

новной частоте и 3-й гармонике.

Импеданс схемы (см. рис. 6,6)

складывается из

импеданса

последовательно соединенных

ЛПД и варикапа:

Z.m =

Rn -г j

^

,

где

P n --R s -r R

Ь RSB, С,

с (Ip) C„(U„)

С (I..) -г Cu (UB)

 

 

 

 

 

14

Импеданс короткозамкнутой на конце четвертьволновой колебательной системы

z » = w (T iF p T ~ ,c tsP i") '

Действительная п мнимая составляющие колебательной системы и диода должны бьиь рассчитаны так, чтобы Znx и ZiD были бы равны. Из условия резонанса (u>Cv )~1= W ctgp/K длина колебательной системы

, X , 1

L — -----arcctg — „

Волновое сопротивление следует выбирать близким к со­ противлению емкости, стоящей на входе колебательной си­ стемы. Это условие ограничивается конструктивными требо­ ваниями к отношению внешнего D и внутреннего d диаметров,

Л

D

проводов коаксиальном линии. Оптимальным является -^- =

—3,6. Однако допустимо значительное отклонение от опти­ мальных соотношений. Весьма важным является выбор гео­ метрических размеров колебательной системы, определяющих основные потери в короткозамыкающем поршне и трущихся контактах.

Для более точного определения длины колебательной си­ стемы необходимо произвести пересчет всех распределенных емкостей на вход линии [12]:

_ Ср (2ft/K— sin р/к)

 

4 [ i s i n ^ / K

•

где Р = -Дг- ; с„ — 00,0 - • 10~ и ф/см для

коаксиальной линии.

*Ш£d.

Врезультате емкость, включенная на входе колебатель­

ной системы, CDX= Сэ + О . Тогда

г« = 4 г агсс'« 1 Г с Ь г

+ П

П= 0, 1,2

 

 

Эквивалентное волновое сопротивление колебательной систе­ мы рэ = 1,Ч С вХ-

Резонансное сопротивление колебательной системы

3*

35

где гп —сопротивление потерь, пересчитанное на вход коле­ бательной системы. Оно складывается из следующих сопро­ тивлений:

а) пересчитанного на вход распределенного сопротивл ния

где Г|

— распределенное сопротивление потерь;

 

 

Ri— поверхностное

сопротивление;

 

б)

сопротивления потерь в короткозамыкающем поршнегк ...

 

 

Для коаксиальных колебательных систем

еде

гм— удельное сопротивление материала шайбы:

 

в)

сопротивления

потерь в контактах

короткозамыка

щего поршня

 

 

ГДе

 

Гк — удельное сопротивление подвижных

контактов.

В результате сопротивление потерь, пересчитанное на вход колебательной системы,

Общее сопротивление потерь, действующее на входе ко­ лебательной системы с учетом диода и варактора

Rn — г„ + Rn

Добротность ненагруженпой колебательной системы

Амплитуда переменного напряжения колебательной систе­

мы

,

. . . .

\Ji ~ V

2Pt R9 .

 

36

Амплитуда модулирующего напряжения определяется из формулы (2.15)

и.

(1.5т» —0,56) +Уг(1.5тЗ-0,56)-'-(и|/ЬУ» •1

U?/2Uj!

 

Крутизну модуляционной характеристики и оптимальную девиацию частоты определяем по формулам (2.17) и (2.16).

Г Л А В А III

ГЕНЕРАТОРЫ НА ТУННЕЛЬНЫХ ДИОДАХ

3.1 О б щ и е с в е д е н и я

Туннельные диоды ( ТД), созданные Л. Эзакн в 1958 г., об­ ладают рядом специфических свойств: наличием падающего участка вольтамперной характеристики, высокой стабильно­ стью эквивалентных параметров при изменениях температу­ ры и при воздействии радиации, малым уровнем флуктуационных шумов, работе на весьма высоких частотах, экономич­ ностью в потреблении электроэнергии, нелинейным отрица­ тельным сопротивлением (являющимся генератором реактив­ ной мощности основной частоты), позволяющим осуществлятьчастотную модуляцию без применения частотных модулято­ ров.

Эквивалентная схема ТД показана на рис. 7,' а, где Ц — индуктивность вывода, Сп—емкость ТД при заданном на­

пряжении

смещения, R„—отрицательное

сопротивление.

На­

личие падающего участка характеристики (рис. 7, б)

при

и м;1КС< и <

и ынН говорит о том, что при

выборе напряжения

смещения в этих пределах ТД обладает отрицательной про­

водимостью. При

U < U макс и

U >

UM1I., дифференциальная

проводимость ТД положительна.

 

 

 

 

Сопротивление

потерь Rs слабо

зависит от частоты

и

обычно не превышает нескольких омов. Индуктивность

Ls —

чисто конструктивный параметр

ТД,

относящийся как

и

Rs

к «паразитным параметрам» прибора. У современных СВЧ ТД

Ls = (0,02—0,2) -10-9 гн.

Величина С„ определяется емкостью перехода и диффу­ зионной емкостью. Поскольку полупроводниковые материа­ лы, образующие р—п переход ТД, сильно легированы, время

38

Смотрите также файлы