Файл: Грабовски, К. Параметрические усилители и преобразователи с емкостным диодом.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 121
Скачиваний: 0
Ti = 0° К, - (4.26) и найдем, как будет влиять сопротивление холостого контура на об
менную |
температуру |
|
шума отрицательного сопротивления. |
|
||||
При |
выполнении |
условия |
(4.26) |
зависимость |
(4.13) |
сводится |
||
к виду |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
=Т |
1 |
SjRsl2 |
\ // |
(l/<oo)|Si//?,l2 |
- l ) , |
(4.27) |
|
|
|
+ l C 0 i { l + r t ) ] » |
COj ( 1 + Г , - |
|
|
||
3\lifi
2k°
О>0
№s/
|
Ti=0"K |
§ / \ |
|
|
|
|
|
|
• |
|
|
0,5 |
0,67 |
1,0 |
2,0 |
2,0 |
1,5 |
',0 |
0,5 |
|
|
1й>!" |
|
|
Рис. 4.9. |
|
Рис. 4.10. |
Рис. 4.9. Зависимость |
отношения оптимальной частоты накачки к сигнальной |
||
частоте, обеспечивающего минимальную обменную шумовую температуру отри цательного сопротивления при холостом контуре с потерями от динамической доб
ротности варакторного диода на сигнальной частоте |
(ось абсцисс), и от сопро |
|
тивления потерь холостого контура (параметр) при |
условии, что холостой кон |
|
тур находится при температуре абсолютного нуля |
(7\ - =0°К) . |
|
Рис. |
4.10. Зависимость относительной минимальной обменной шумовой темпера |
|
туры |
отрицательного сопротивления от динамической |
добротности варакторного |
диода на сигнальной частоте при условии, что произведение холостой частоты и сопротивления нешумящего холостого контура подобрано оптимально в соот ветствии с (4.28).
откуда видно, |
что |
зависимость |
Torv |
от со; |
(а. следовательно |
от |
шп ), |
||||
а также от Rt |
проявляется |
исключительно |
в виде зависимости |
от |
про |
||||||
изведения COj (1 + |
rt). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Затем можно искать минимум [59] обменной температуры |
шума |
||||||||||
отрицательного |
сопротивления |
в зависимости |
от этого |
произведения. |
|||||||
В результате |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[сог(1 + П ) ] Т |
- с о 0 |
[ / |
l + i ^ |
^ l ' |
- i ] |
, |
|
|
(4.28) |
|
Tl,P=Tn{\qUQf+{Y\ |
|
+ qt,0+ |
1 ] 2 ) / К о Г У 1 |
+ |
|<?*,ог\ |
(4.29) |
|||||
117
Из (4.28) следует, что при данном сопротивлении потерь холос того контура Ri = const минимум обменной температуры шума (4.29) достигается при выборе частоты накачки в соответствии с формулой
|
С 0 ^ г =const = «о (г, + |
] Л + |
\Qi,o\2)/ (1 + |
г,). |
(4.30) |
|
При сон |
= const достижение минимума обменной температуры |
|||||
шума обеспечивает |
|
|
|
|
|
|
RLR= |
const = Rs |
(ш0 V1 + 1 0f,oI я — »н)/( ш н — |
о>о)- |
(4.31) |
||
Следует, |
очевидно, |
помнить, |
что |
приведенные |
рассуждения |
|
справедливы при предположениях (4.3) и (4.9), т. е. когда со„ удовлет воряет неравенству
с о 0 < с о н < со0 (1 + \qt,.0\), |
(4.32) |
которое является необходимым условием возникновения в парамет рическом усилителе отрицательного сопротивления. Зависимости (4.30) и (4.31) представлены на общем графике на рис. 4.9.
Из рассмотрения (4.29) следует интересный и интуитивно оче видный вывод, что минимальная обменная температура шума отри цательного сопротивления в случае холостого контура без потерь зависит только от динамической добротности диода на сигнальной частоте и от температуры, при которой находится р-п переход. Графи чески уравнение (4.29) представлено на рис. 4.10. Интересно сравнить этот график с графиком, представленным на рис. 4.8. Из уравнения (4.29) видна целесообразность охлаждения холостого кон тура с потерями для получения малых шумов.
4.3.4.ЗАВИСИМОСТЬ М И Н И М А Л Ь Н О Й О Б М Е Н Н О Й ТЕМПЕРАТУРЫ
ШУ М А ОТ М О Щ Н О С Т И НАКАЧКИ
В заключение рассмотрим зависимость этих условий работы усилителя, оптимальных с точки зрения ограничения до минимума шумов отрицательного сопротивления, от мощности накачки. Эта
мощность может быть ограничена либо отсутствием СВЧ |
генератора |
||||
соответствующей мощности либо невозможностью |
приложить] к пе |
||||
реходу |
достаточно |
большую СВЧ мощность без |
его повреждения. |
||
До сих |
пор предполагалось, что модуль |
первой гармоники |
эластанса |
||
| Sx | не зависит от |
частоты накачки. |
По-существу, эта |
зависимость |
||
существует в косвенном виде, так как |5Х | зависит от СВЧ мощности, управляющей р-п переходом, которая обычно не является постоян ной из-за указанных причин. В результате в некоторых случаях мо
жет |
возникнуть вопрос, какими критериями следует |
пользоваться |
||||
при |
проектировании данного |
параметрического усилителя, чтобы по |
||||
лучить в |
нем минимальную |
обменную |
температуру |
шума |
отрица |
|
тельного |
сопротивления, если по ряду |
причин невозможно |
подвести |
|||
118
К р-п переходу достаточную мощность на оптимальной (4.18), (4.20) частоте накачки [38]х >.
В основу расчетов положим зависимость (4.17) для обменной тем пературы шума отрицательного сопротивления в простейшем пара метрическом усилителе с холостым контуром без потерь.
Рассмотрим два наиболее часто применяемых на практике типа переходов — линейный и резкий. Как будет показано (§ 4.4), в боль шинстве схем параметрических усилителей обменная температура шума всего усилителя при большом усилении близка к обменной температуре шума только самого отрицательного сопротивления.
Найдем минимум выражения
|
Тд |
|
|
со* |
\SJRt\*-(o0(Ot |
|
e [ | < 7 * , o ] 2 - 0 ) |
(4.33) |
|
|
|
|
|
|
|||||
в |
котором |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e = |
M i |
= |
0 D |
5 |
_ 1 > |
п р |
и ч ш о < е < | ? , 0 | а , |
(4.34) |
в |
зависимости |
от |
0 |
при |
условии, |
что |
|
||
|
|
|
|
|
k i , o l 2 = | S i l V # S < o ? |
(4.35) |
|||
является функцией частоты накачки, т. е. при постоянной частоте
сигнала, |
квадрат |
динамической |
добротности |
|^,0 |3 зависит от хо |
||||||
лостой частоты (т. е. от 0). |
|
|
|
|
|
|
|
|||
На основании [38, 59] эту зависимость можно записать для рез |
||||||||||
кого |
перехода в |
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l 9 i , o l 3 = W ( l + 0 |
) 2 |
|
|
|
(4-36) |
||
и для линейного |
перехода |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
K ' - i ' - r b j / T F |
|
|
|
( 4 ' 3 7 ) |
|||
где |
Р—мощность |
накачки, |
рассеиваемая |
в переходе, |
|
|||||
|
|
|
Р, = |
8Р„(щ/ав^, |
|
|
|
|
(4.38) |
|
ю пр= |
I |
!макс/-^з — предельная динамическая |
частота, |
|
||||||
|
|
|
^=139/>*(ш 0 /а> п р )« . |
|
|
|
(4.39) |
|||
|
х ) Практически частота накачки выбирается меньше оптимальной по мини |
|||||||||
муму шумов усилителя. Это связано |
со следующими |
причинами: |
|
|||||||
|
— |
минимум оказывается довольно широким и |
точное значение частоты |
|||||||
не очень |
критично; |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
— |
шумы диода являются |
только частью шумов |
приемного |
устройства; |
|||||
|
— в результате увеличения частоты накачки |
увеличивается |
мощность, |
|||||||
которую трудно получить, и повышается температура р-п |
перехода; |
|
||||||||
|
— в результате увеличения боковой частоты |
выше |
частоты |
параллель |
||||||
ного .резонанса уменьшается полоса. |
(Прим. |
ред.) |
|
|
|
|
||||
119
|
Параметр |
PN |
= |
(Uav |
+ |
Ф)2 //?8 |
имеет |
размерность |
мощности |
||||||||||||
и его называют [59] нормализованной |
мощностью, |
|
причем |
Unp |
— |
||||||||||||||||
напряжение пробоя |
перехода, |
а Ф —диффузионный |
потенциал. |
|
|||||||||||||||||
На |
Типичная |
зависимость |
|<7;,0| |
от |
0 |
представлена |
на |
рис. 4.11. |
|||||||||||||
частотах накачки, |
лежащих слева |
от |
величины |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(92 -|- 1) = |
а>т/щ, |
|
|
|
|
|
|
|
(4.40) |
|||||
к |
переходу |
можно |
подвести |
мощность, |
обеспечивающую |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
= | 5 1 м а к |
0 | |
= |
const. |
|
|
|
|
|
(4.41) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эту |
область |
значений |
ча- |
||||||
|
|
Область |
|
Область |
|
стот накачки |
назовем |
областью |
|||||||||||||
|
|
невозможного |
возможного |
|
полной |
накачки |
|
перехода. |
Сп |
||||||||||||
|
|
усиления |
|
усиления |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рава |
от |
нее, где |
сон > сон г , |
на |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ходится |
область |
|
неполной |
на |
|||||||
|
|
\сП,о\м |
|
|
|
|
|
|
качки перехода,к которой в |
за |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
висимости |
от |
|
.типа |
перехода |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
можно применить соотношения |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.36) |
или |
(4.37). |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В области |
полной |
накач |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ки |
справедливы |
|
условия |
мини |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мизации |
|
Tmv, |
|
|
приведенные в |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
§ 4.3.1—4.3.3. Для данного р-п |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
м4fo |
перехода обычно |
известны |
сле |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
дующие |
предельные |
величины: |
||||||||||||
|
|
|
(6Z+1)= |
|
|
максимальный |
эластанс |
5 м а к с , |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
максимальная |
|
глубина |
моду |
|||||||||||
|
Рис. 4.11. Типичная |
зависимость |
дина |
ляции первой гармоники |
М1млкс, |
||||||||||||||||
|
мической |
добротности |
|
варакторного |
максимально |
допустимая |
мощ |
||||||||||||||
|
диода на |
частоте |
сигнала |
от |
отно |
ность |
потерь |
Р |
м а к с , |
а |
также |
||||||||||
|
|
сительной |
частоты |
накачки. |
величины |
РА |
и |
|
PL в зависимо |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сти |
от |
типа' перехода. Подста |
|||||||||
новка этих величин в (4.36) или~(4.37) |
позволяет |
найти |
величину |
||||||||||||||||||
(0Z |
+ |
1) = |
coHZ/co0, |
соответствующую точке |
излома на рис. 4.11. |
|
|||||||||||||||
|
Для резкого перехода она равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
(Ogz |
( 9 , + |
1) = |
1 |
|
|
•j |
/ |
^макс |
|
|
|
|
(4.42) |
|||||
|
|
|
|
= |
I 9i,о |
Iмакс |
V |
|
Ps |
|
|
|
|
||||||||
а для |
линейного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
= |
( в 2 + 1 ) |
= |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.43) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ш ° |
|
|
|
|
|<7г,о|макс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если рассчитанное в § 4.3.1—4.3.3 |
значение |
со,^ удовлетворяет |
||||||||||||||||||
неравенству |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
« и < |
сои г , |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.44) |
|||
то условие (4.11), которое удовлетворяет лишь ранее введенным ус ловиям минимизации обменной температуры шума, считается выпол-
120