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: 66

Скачиваний: 0

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

Am _ 1

 

Ч)С„ (»>2ЦСП-

1) IKUCn — 1I-

o)

 

 

 

-!- (1ЙС„ Rs)-J

'j,

 

(3.25)

где о — характеристическое

сопротивление

колебательной

системы.

 

 

 

 

 

 

 

После некоторых преобразований

(3.25) получим выраже­

ние для крутизны

модуляционной

характеристики:

с

1

Р

dU0 (1 -

р‘-с э )

(3.26)

Ь,,„ =

—

'-«и

- г

% —

 

 

 

 

 

Тогда девиация

частоты

генератора

па одном ТД будет

определяться (3.14) с учетом (3.26).

 

 

 

Эквивалентная схема для

генератора

па двух туннельных

диодах приведена на рис. 9, а. Ее

 

 

 

 

Z = RSl

 

 

 

 

 

 

- Ц

Это выражение характеризует входное сопротивление при последовательном включении активной и реактивной состав­ ляющих двух ТД, соединенных последовательно. Пересчитаем последовательное включение сопротивления на параллельное и возьмем проводимость

шСз = мС„ ((o3LsCn — 1) ^ -[(ш С ^ )2 + (io2LsCn — 1 )*]-'.

50

Тогда относительное отклонение частоты

4 г = 4 - Р2Р

[(“ CnRs)2 + (ш2Ь5С п— I ) 2] - 1 )-

 

(3.27)

Выражение для крутизны модуляционной характеристики после некоторых преобразований (3.27) примет вид:

S1(о -- 4

рз^ dC

рЗ (соЗЦСп - 1)

1 2

 

'° Сп ' dU„L1 -

(мЗЬ3Сп— 1)3+ («CnRs)3

(3.28)

Таким образом, для генератора на двух ТД, соединенных

последовательно, Аси будет определяться

выражением

(3.14)

с учетом

(3.28).

 

 

 

Для генератора

на двух ТД,

соединенных параллельно, эк­

вивалентная схема

имеет вид, изображенный на рис. 9, б. По­

лагаем, что параметры туннельных диодов одинаковы:

L>s—

— Lj2 ] R, = RS|

—- RS2: Cn = СП( = С„2

Тогда

 

 

 

После некоторых преобразований получаем:

Z

Rs + j (“Ц юСп

Это выражение характеризует входное сопротивление при последовательном включении активной и реактивной состав­ ляющих двух ТД, соединенных параллельно. Пересчитаем по­ следовательное включение реактивного сопротивления на па­ раллельное и возьмем проводимость

шС =

2мСп (<o3LsCn 1)

9

“ аС2 R2 4- (o)3LsCn — I)2

Выражение для относительного отклонения частоты при­ мет вид:

= Р2Р [шСп (“2L.C„ - 1)[(мСп Rs)2 + (w2LsCn - I)2}-1] - (3.29)

4*

51

После некоторых преобразовании (3.29)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р’с>Гт -

(3.30)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда следует, что девиация частоты, определяемая (3.14)

с учетом (3.30),

в два раза больше,

чем при использовании од­

ного

ГД. и в четыре раза

больше, чем при последовательном

соединении двух ТД [151 Для

колебательной системы с рас­

пределенными

параметрами отклонение

длины волны, свя­

занное с влиянием емкости

ТД,

может быть определено для

короткозамкнутой линии из

условия резонанса

 

 

 

 

(W 4 A )'

’ =

 

'о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При большой емкости

Сэ,

как

в пашем случае,

линия по­

лучается короткой, значительно

меньшей

-у. Поэтому поло­

жим tg

 

и из решения этого

уравнения получим

 

'•U

 

Н»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д =

( ^ - \ \ ' С э ) Т -

 

(3.31)

где

Сэ — определяется из выражения (3.22).

 

Крутизну модуляционной характеристики определим диф­

ференцированием

(3.31) по U0:

 

 

 

 

 

 

s ' - =

i

- J s

r

w

- m

r ( ^

r ' >/c- ) r ■

(3-32)

В этой формуле величина - y j —без

большой погрешности

может быть заменена

дифференциальной

емкостью р—п пе­

рехода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экспериментальное

исследование

генератора с

частотной

модуляцией за счет емкости р—п перехода ТД производилось на макете, который был описан в п. 3.2. С увеличением дли­ ны линии диапазон электронной перестройки сужался, т. е. рост частоты с увеличением напряжения смещения прекра­ щался значительно раньше, чем при коротких /к, затем шел

участок постоянной частоты,

после которого наблюдался зна­

чительный спад (рис. 10, а).

При длине линии

/ к.= 50 мм с

увеличением напряжения смещения от 200 до 640

мв происхо-

52

дило уменьшение частоты от 1110 до 1029 Мгцпри этом ис­ пользовался тот же диод, на котором при / к =20 мм суще­ ствовал рост частоты при тех же изменениях напряженнясмещемия.

Таким образом, при достаточно большой длине 1К' = 50 мм

электронная перестройка частоты происходит не из-за нели­ нейности вольтамперной характеристики ТД, а из-за измене­

ния емкости его р—п перехода.

Как видно из рпс. 10, а, пере­

стройка частоты составляет 81

Мгц,

это значительно мень­

ше, чем при 1К=20 мм, а отсюда

меньше и девиация ча­

стоты. При подаче модулирующего напряжения от 0,5 до 7 мв девиация частоты изменялась от 120 Кгц до 1,68 Мгц (см. рис. 8, а, кривая 2). Коэффициент нелинейных искажений был того же порядка, как и ранее.

Исследовались также низкочастотные генераторы на од­ ном и двух ТД типа Р-2Е с пиковым током 5 ма и емкостью р —п перехода порядка 210 пф. Закон изменения емкости этих диодов прямо противоположен закону в высокочастотных ТД типа АИ-201, т. е. с увеличением смещения емкость умень­ шается.

На рис. 10, б показаны зависимости девиации частоты Af, несущей частоты f н напряжения на контуре UK от U0 (в пре­

53

делах падающего участка вольтамперной характеристики) при р = 1; 0,4; 0,2 для генератора на одном ТД.

Из графиков видно, что девиация частоты зависит от кру­ тизны статической модуляционной характеристики. Чем выш° крутизна этой характеристики, тем больше девиация частоты. Так, в начале падающего участка вольтамперной характери­

стики при малых напряжениях смещения Uo = 60 мв,

Af =

= 340 Кгц при р = 1, • а в конце—при Uo=220 мв, Af =14

Kru

(кривая 1). С увеличением коэффициента включения девиа­ ция частоты растет, причем ее рост больше в начале отрица­ тельного участка вольтамперной характеристики, чем в конце. Так, с увеличением р от 0,2 до 1,0 девиация частоты увеличи­ вается от 37 до 340 Кгц (кривые 7, 4, 1), т. е. примерно в 9,2 раза, в то время как в конце отрицательного участка девиация частоты остается почти неизменной. Вследствие этого ее не­ равномерность при электронной перестройке по диапазону бу­ дет уменьшаться. Если при р =1 неравномерность достигла

314:14 = 24,3, то при р= 0,2 она уменьшается до 37:12=3. Од­ нако работать при малых коэффициентах включения нецеле­ сообразно: мала девиация частоты.

С точки зрения максимальной девиации частоты и наи­ меньшей величины модулирующего напряжения целесообраз­ нее работать с. большим коэффициентом включения р в области верхнего изгиба вольтамперной характеристики. Максималь­ ная Af = 340 Кгц была получена при величине Us =1 мв и Uo=

60мв (кривая 1). С увеличением модулирующего напряжения

вэтом случае уже наблюдались большие нелинейные искаже­

ния, возникающие из-за влияния верхнего изгиба вольтампер­ ной характеристики. При U0= 1 6 0 mb неискаженные колебания

продектированного

сигнала отмечались при Ua = 4 мв; Д1

была равна 255 Кгц .

Неискаженные

колебания наблюдались при р=0,2; Uo.=

60 мв, Us = 5 5 мв и Af=130Krn. Если11о=160 мв, Ua = 10 мв,

неискаженные колебания были при Af=56 Кгц.

Из вышеизложенного следует, что целесообразнее рабо­ тать с р.= 1, выбирая рабочую точку на линейном участке вольтамперной характеристики. Для получения неискаженной модуляции необходимо, чтобы изменение крутизны вольтам­ перной характеристики, а следовательно, и девиации частоты было пропорционально амплитуде модулирующего напряже­ ния, поэтому зависимость S1(o(Ua) должна быть линейной.

О линейной зависимости девиации частоты от модулирующего

54

напряжения можно судить по амплитудной характеристике

Af(Ue).

На рис. II, а изображена эта зависимость при р =

1; 0,4;

0,2, причем на графиках нанесены только те значения

девиа­

ции частоты, которые были получены при неискаженной фор­ ме продетектировапиого сигнала. Из графиков видно, что чем меньше р, тем более протяженный линейный участок имеет зависимость. Однако девиация частоты при этом мала. Для обеспечения наибольшей девиации частоты целесообразнее коэффициент включения брать близким к единице, но рабочую точку тогда необходимо выбирать на линейном участке харак­ теристики при Uo— 160— 180 мв. В этом случае амплитуда мо­ дулирующего напряжения может достигать 4—7 мв при доста­ точно большой девиации частоты Af = 200—250 Кгц и хорошей форме продетектировапиого сигнала. ,

Для генератора иа двух ТД показаны те же зависимости, что и для генератора на одном ТД (кривые 10, 11, 12). Из гра­

фика

видно,

что в генераторе на двух ТД при U0= 80 мв и р

==0,5

ДF= 47

Кгц, в то время как в генераторе на одном ТД

при том же смещении и р = 0,4 Af=Q,75 Кгц.

Таким образом, в генераторе на двух ТД девиация часто­ ты в два раза меньше, чем в генераторе на одном ТД.

3.4 Из м е н е н и е с ре дне й частоты при частотной модуляции за счет

нелинейности во льтампе рной х а р а к т е р и с т ик и

Как отмечалось выше, для получения частотно-модулпро- ваппого колебания на ТД подавалось U«_>cos2t, в результате суммарное напряжение, действующее на нем,

U = U 0 4- Uo cos ~t,

(3.33)

Под действием этого напряжения будет изменяться часто­

та

“ = “н + А«,

где соя — несущая частота при отсутствии модуляции;

ш — частота ге н е р а ц и и в

у с т а н о в и в ш е м с я р е ж и м е при

м о д у л я ц и и , о п р е д е л я е м а я

в ы р а ж е н и я м и (3 .1 1 ) и

(3.19).

 

 

 

В этих выражениях член D вызван

наличием высших гар­

моник, спектр

которых

будет изменяться в зависимости от

величины U. Таким образом, если зависимость частоты от на­

пряжения ш( U)

будет

являться

функцией монотонной с не­

прерывными производными на отрицательном участке вольтамперной характеристики, то ее можно разложить в ряд Тей­

лора относительно значения

U = U 0:

 

i«(U) = Se„i +

Sliii(LI—

U J +

S ,,„ (U -U „ )2 -f

+

S3,„ ( U - U f,)i4 - .

. . ,

 

Подставляя в ряд выражение

(3.33), получим

 

•*>=

f ( U „ + Ue cos Ш) --=

• - F0 ( U п, U-, ) + F, ( U 0) Us JcosQt +

-1 - Fa( U 0Ua) cos 2S2t -f F3 (U0, U c)cos3<’t -f . . , ,

(3.34)

где

F|, ( U0, Ue ) =

% + — ^ ^

U s;

(3.35)

 

h (U,„ Uo ) -

(w

)u=Uo+

-г(-Щ з)и= иои “ '

 

e.(u0,u .)--^(-^) uS.

56

Смотрите также файлы