Файл: Дьяченко Б.М. Генераторы частотно-модулированных колебаний на полупроводниковых приборах с отрицательным сопротивлением [монография].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.08.2024
Просмотров: 68
Скачиваний: 0
(3.71
n |
I |
00,0 |
. |
Сл—погонная |
емкость липни |
в пнкофарадах, равная |
Из (3.5) можем определить входную проводимость для
первой и к-й гармоник (соответственно yj и ук) ki=2, 3, 4...
(3.8)
Относительная девиация частоты может быть определена по известной формуле [13]:
ОС
(3.10)
После подстановки (3.6), (3.8), (3.9) в (3.10) и ряда пре образований получим выражение для частоты с учетом влия ния высших гармоник:
О |
(3.11) |
ш= ш„ (1 — D) ’ |
|
сс |
|
где |
|
2к/к |
(3-12) |
или |
Крутизну модуляционной характеристики определим нз выражения (3.11), продифференцировав его по Uo. Емкость р—п перехода ТД при этом будем считать постоянной, по скольку ее влияние на частоту по сравнению с влиянием выс ших гармоник незначительное:
44
|
Si,u = |
w0D E ( l — D) |
|
(3.13) |
||
|Де |
E ~ |
du0 |
iK |
du0 it |
• |
|
Частотную модуляцию можно осуществить, |
подав на ТД |
|||||
низкочастотное модулирующее напряжение |
(JocosSt. |
|||||
В результате девиация частоты |
|
|
|
|||
|
|
A(d = S,mU o . |
|
(3.14) |
||
Выражение (3.14) с учетом (3.13) |
отражает зависимость де |
|||||
виации частоты от модулирующего |
напряжения |
и крутизны |
||||
модуляционной |
характеристики, которая в, свою очередь, яв |
|||||
ляется функцией напряжения смещения и эквивалентной до бротности, зависящей от параметров ТД. Графики, иллюстри
рующие эту зависимость, |
изображены |
на рис. 8, |
а. Они по |
лучены на ГД типа АП-201Г с данными: 1МЯКС =20 |
ма; 1МИН= |
||
= 0,6 ма; Сп = 6 пф; Ls = |
0,2-10 а ги; |
R, = 4,3 |
ом; R„ — |
10 ом. |
|
|
|
В качестве колебательной системы была применена несим метричная полосковая линия с воздушным диэлектриком.
45
Ширина верхней полоски составляла 18 мм, нижней—50 мм; расстояние между полосками—0,8 мм.
Связь генератора с измерительными приборами осущест влялась через расположенный в нем аттенюатор.
Модулирующее напряжение подавалось от звукового ге нератора ГЗ-34, подключенного параллельно источнику сме щения. При изменении модулирующего напряжения от 0,5 до 7 мв девиация частоты менялась от270 Кгцдо 4,6Мгц ( 1К~
= 20 мм, кривая |
1 рис. 8, |
а) и от 50 до 650 Кгц |
( / к =40 мм, |
кривая 3). |
|
|
|
В генераторах |
на ГД |
с сосредоточенными |
постоянными |
лучшей с точки зрения получения большой девиации частоты является схема с неполным включением ТД в контур, облада ющая малым коэффициентом фильтрации. Определим для этой схемы выражение девиации частоты.
Полное комплексное сопротивление части контура, парал лельное отрицательному сопротивлению
|
R- НИ- з ~ |
<oL |
j"’L, |
|
|
|
|
|
-! |
jll)Ls |
(3.15) |
||||
|
Z = |
|
|
||||
|
R -г j (<,,Ls~дгг) f J<° Ll |
|
|
|
|||
где L, и L2 — индуктивности |
ветвей катушки контура |
при |
|||||
|
неполном включении. |
|
|
|
|||
После некоторых преобразований и упрощений (3.15) |
най |
||||||
дем |
X |
|
2q 2 wL |
|
|
|
|
|
|
|
(3.16) |
||||
|
|
Ыу |
Г |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
где L—индуктивность катушки контура. |
|
|
|
||||
Хк — |
рк к2(1 — р) — 1 ] - | - - ^ ( К2 - 1 ) } (к*— I)"1, |
(3.17) |
|||||
где р—коэффициент включения. |
|
|
|
|
|||
Используя выражение из [14] |
|
|
|
|
|
||
|
х , = |
- S |
к Х ,(4 у ) г , |
|
(3.18) |
||
получим |
|
К —2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ш= |
о)0 | 1 — D LT |
K * ( l - p ) + f(K * |
■>]}4 |
(3.19) |
|||
46
где q = - y - коэффициент, характеризующий влияние |
пара |
|||
зиткой индуктивности па девиацию частоты. |
||||
Крутизна модуляционной характеристики |
с учетом |
(3.19) |
||
будет равна |
|
|
|
|
!о0DЕ J iili - |
p i + |
_9_ ik2 - |
n |
|
р |
|
р |
J |
(3.20) |
Si..j |
|
1 |
|
|
(1 |
п г |
|
|
|
Таким образом, девиация частоты |
(3.14) |
с учетом (3.20) в |
||
дополнение к сказанному ранее будет зависеть от р и q. Оба они, первый своим уменьшением, а второй—ростом, уменьша ют фильтрацию гармоник, что ведет к увеличению девиации частоты. Кроме этого, подобные изменения частоты становятся
еще более значительными, если добротность |
колебательной |
||
системы относительно мала. |
|
|
|
Исследования этой схемы генератора с сосредоточенными |
|||
постоянными |
производились на |
частоте 90 |
Мгц с ТД типа |
АИ-201Г, который имел данные: |
|
|
|
1макс=19,6 |
ма; 1мш1 —0,8 ма; |
Сп=12,5 пф; |
Rs= l , 4 ом. |
Связь с контуром была автотрансформаторной . Электронная перестройка частоты осуществлялась при различных р ТД в контур. При изменении напряжения смещения от 120 до 250 мв частота генератора изменялась в зависимости от р в следую
щих пределах: при р= 0,07; 0,15; |
0,4; 0,7; f равнялась соот |
ветственно 72—-100; 62—92; 60—82; 57—72 Мгц. |
|
Таким образом, с увеличением |
коэффициента включения |
от 0,07 до 0,7 диапазон электронной перестройки сужался при мерно вдвое: от 28 до 15 Мгц. Девиация частоты, при изменеHunUa от 0.009 до 7'мв, увеличилась при о—0,07 от 25 до 90 Кгц. Напряжение смещения при этом было 370 мв. Коэф фициент нелинейных искажений изменялся от 1,3 до 7°/".
Изменение величины девиации частоты от напряжения смещения при постоянном модулирующем напряжении и раз личных р изображено на рис. 8, б. LK принималось равным
0,5 мв с F = 1000 гц.
Полученные характеристики позволяют определить моду ляционные свойства генератора при различных коэффициентах включения р и разных напряжениях смещения U0.
Например, при р =0,15 и По=200 мв Д 1=10 Кгц, индекс
47
модуляции m =10. Для получения меньших значений необхо
димо либо уменьшить (Js .либо увеличивать р или U 0- |
Выбор |
|
Us в зависимости от Uo |
при максимально возможной (с |
|
точки зрения нелинейных |
искажений) AfM11KC= const |
и при |
разных значениях коэффициента включения может быть про изведен по характеристикам, изображенным на рис. 8, б. В нашем случае -Ммакс = 22 Кгц, т. е. индекс модуляции т = 22. Из графиков видно, что при больших коэффициентах включения
р =0,4; 0,15 и Uo = 250—300 мв, где наблюдаются |
малые не |
линейные искажения, требуются большие значения |
Us. |
Поэтому целесообразно брать меньше коэффициент вклю чения (0,07), при котором для получения максимальной деви ации частоты (22 Кгц) потребуется значительно меньшее мо дулирующее напряжение (1; 1,5 мв), а следовательно, будут меньше нелинейные искажения.
3. 3. О с у щ е с т в л е н и е ч а с т о т н о й м о д у л я ц и и з а с ч е т 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 при синусоидальной форме на частоту генератора в основном будет влиять емкость р—п пе
рехода 'ГД. Нелинейным отрицательным сопротивлением R„ ТД при определении девиации частоты в этом случае можем
пренебречь. При выполнении условия R„ > (<'>СП) 1 ток, теку щий через емкость р—п перехода, будет значительно больше тока, текущего через нелинейное отрицательное сопротивле ние, и им также можно пренебречь.
В диапазоне СВЧ, где нельзя пренебречь паразитными па раметрами ТД Ls и Rs, емкость Сп, вносимая в колебатель
ную систему, может быть определена из эквивалентной схемы (см. рис. 7, а), в которой Rn с точки зрения влияния его на частоту по вышеизложенным причинам не учитывается. С еще большим основанием им можно пренебречь, если использо вать ТД с большим отрицательным сопротивлением и боль шой емкостью р—п перехода. Тогда комплексное входное со противление ТД без учета Rn может быть представлено сле
дующим образом; |
. |
.. |
. . . |
. |
48
z-R. +i(“L .- ^ ) -
Это выражение характеризует входное сопротивление при последовательном включении активной и реактивной состав ляющих. Пересчитаем последовательное включение реактив ной составляющей на параллельное и возьмем проводимость
и>С, = «Сп(ш’Ь,Сп- |
l) K L sCn- l)2-f («С„ R,)*]-1- |
(3.21) |
Тогда получим: |
|
|
Сэ = С„ (orLsCn- |
1) [(cu2LsCn — I)2 4- (o>C„Rs)2] - 1. |
(3.22) |
Если эту емкость подключить к колебательной системе, то ее резонансная частота изменится. Проводимость к колебатель ной системы при подключении данной емкости при малых рас стройках будет иметь вид:
7 — р “Ь
Здесь ------ активная составляющая проводимости контура;
реактивная составляющая проводимости кон
тура;
24с
а— обобщенная расстройка и равна
где о—затухание контура.
Частоту автоколебаний при наличии емкости С9 найдем из условия равенства нулю реактивной проводимости схемы
+ о>Сп (<oaL,Cn - 1) [(io2LsCn)2 + |
(<oC„R.)s]-1=0. |
(3.23) |
Подставив значение а в формулу |
(3.23), получим выраже |
|
ние для отклонения частоты за счет эквивалентной емкости:
4 г = 4 |
5 R. l^ n |
К Ц С П- 1) (K L sCn - |
1 )2 + |
|
+ |
(°>cn R , ) 2} - ’ ]. |
(3.24) |
Чтобы выяснить возможности увеличения Да, подставим в |
|||
формулу (3.24) |
Rs = р2 |
: |
|
4—Зак. 6134 |
49 |