Peuppips

Основное достоинство транзисторных умножителей - возможность одновременно с умножением частоты получить усиление мощности входного сигнала.

Следует заметить, что при использовании в УЧ биполярных транзисторов на частоте возбуждения близкой к fT, возможен параметрический режим умножения, в котором высшие гармоники генерируются не только вследствие отсечки коллекторного тока, но и за счет нелинейной емкости коллекторно-базового перехода.

19. Варакторные умножители частоты

25.02.2013 19:58 | Автор: Administrator

Вумножителях этого типа для генерации гармоник частоты возбуждения используется нелинейность емкости р-n перехода специальных диодов, получивших название "варикап" и "варактор". В варикапе используется нелинейность барьерной емкости закрытого перехода, которая относительно не велика, и, следовательно, не велики значения накапливаемых зарядов и пропускаемых токов. Соответственно мала преобразуемая варикапом мощность. Поэтому на практике для умножения частоты используют варакторный режим диода, в котором он работает с частичным отпиранием р-n перехода.

Втаком режиме к барьерной емкости перехода добавляется диффузионная емкость, которая на несколько порядков превышает барьерную. В результате существенно возрастает преобразуемая варакторным умножителем мощность.

Эквивалентная схема варикапа представлена на рисунке 3.40. Здесь L - индуктивность выводов диода; RS - сопротивление материала кристалла и контактов; Rу - сопротивление утечки; СБ - барьерная емкость перехода; Rр - сопротивление рекомбинации (активная составляющая сопротивления открытого перехода); СП - емкость патрона (корпуса диода); СД - диффузионная емкость открытого перехода.

Ключ S моделирует переход диода из закрытого состояния в открытое. Сопротивление утечки диода обычно составляет величину порядка 10(в 6 степени) Ом и практически не влияет на работу варактора. Сопротивление RS резко меняется при переходе напряжения на диоде (е) через 0 . RS0 - сопротивление RS в открытом состоянии перехода; RSЗ - в закрытом. Зависимость RS, СД и СБ от напряжения на диоде представлена на рисунке 3.40. В рабочем для диода диапазоне частот индуктивностью выводов обычно можно пренебречь.

Рисунок 3.40 - Эквивалентная схема варактора.

Рассмотрим схемы варакторных умножителей частоты, представленные на рисунке 3.41. В первой схеме варактор непосредственно заземлён, что позволяет упростить проблему охлаждения, т.к. в качестве радиатора здесь может быть использован корпус устройства. В

этой схеме параллельно диоду включена дополнительная емкость Сдоп, которая обычно определяется емкостью патрона диода, но возможно и подключение внешней ёмкости. Ёмкость Сдоп позволяет увеличить ток через диод и соответственно преобразуемую мощность. Однако в диапазоне СВЧ увеличение этой емкости часто приводит к появлению в рабочем диапазоне паразитного резонанса, частота которого определяется дополнительной ёмкостью совместно с индуктивностью выводов. На практике установлено, что паразитный резонанс можно вывести из рабочего диапазона частот, если Сдоп<CБ.

Рисунок 3.41 - Схемы варакторных умножителей.

Во второй схеме умножителя с последовательным включением диода условия теплоотвода естественно усложняются, т.к. оба электрода не имеют заземления.

Роль дополнительной емкости в этой схеме выполняют конденсаторы С1 и С2.

Фильтры во входной и выходной цепях обеспечивают согласование с источником возбуждения на входе и с нагрузкой на выходе. Вторая функция фильтров - разделение цепей входной и выходной частоты. Как правило, это достаточно сложные узкополосные фильтры.

При проектировании варакторных умножителей следует учитывать возможность появления параметрических колебаний с частотами N-w/2. Для их устранения необходимо исключить во входной и выходной цепях образование паразитных контуров с соответствующими резонансными частотами. Эта проблема становится особенно сложной при использовании в схеме умножителя многозвенных фильтров.

Определённые сложности возникают в варакторных умножителях при умножении колебаний с меняющейся амплитудой. Вследствие нелинейности емкости варактора, её среднее значение, определяющее настройку колебательной системы, зависит от амплитуды входных колебаний и приводит к нелинейности амплитудной характеристики. На динамической характеристике возможно появление участков с отрицательным

сопротивлением и как следствие паразитной генерации. Для стабилизации средней емкости в схемах умножения применяют комбинированное, либо автоматическое смещение за счет постоянной составляющей тока диода.

Мощность и к.п.д. умножителя можно поднять путем включения в колебательную систему холостых (ненагруженных) контуров настроенных на промежуточные гармоники частоты возбуждения. Например, при утроении частоты холостой контур настраивается на вторую гармонику.

Наиболее эффективны в схемах умножителей частоты " диоды с накоплением заряда" (ДНЗ), которые отличаются от обычных "диодов с нелинейной емкостью" (ДНЕ) очень малым, практически мгновенным временем восстановления, что обуславливает широкий спектр гармоник и соответственно большие мощности выходных колебаний при больших кратностях умножения.

В заключение настоящего раздела приведём пример схемы утроителя частоты с холостым контуром и автоматическим смещением (рисунок 3.42)

Рисунок 3.42 - Варакторный умножитель частоты.

Вариант схемы варакторного умножителя с частичным отображением топологии печатной платы представлен на рисунке 3.43

Рисунок 3.43 - Умножитель частоты высокой кратности СВЧ диапазона.

Если вы собрались на отдых, описание стран мира - курорты и достопримечательности очень пригодятся для выбора места или маршрута путешествия.

20.Расчет режима работы варактра в умножителе частоты.

21.Общие сведения об автогенераторах.

22. Стационарный режим автоколебаний.

Режим стационарных автоколебаний определяется из условия энергетического баланса - в среднем за период диссипативные траты энергии Q(I) (I - интенсивность автоколебаний) должны точно компенсироваться поступлением энергии W(I) от источника:

Q(I0)=W(I0). Если в окрестности стационарного режима I0 энергия потерь Q (I) при изменении I растет быстрее, чем приток энергии W(I), то этот режим автоколебаний, с энергетической точки зрения, устойчив (рис. 1, а); если же быстрее увеличивается W(I), то стационарный режим неустойчив (рис. 1, б). Даже в тех случаях, когда можно ввести функции Q и W, они обычно зависят не только от интенсивностей автоколебаний, но и от их фаз, поэтому энергетический метод определения устойчивости автоколебаний в общем случае неприменим. Системы, в которых автоколебания возникают "самопроизвольно" - без начального толчка, называются системами с мягким режимом возбуждения; если для возникновения автоколебаний необходим конечный начальный толчок, то говорят о жёстком режиме возбуждения.

В простейших автоколебательных системах можно выделить колебательную систему с затуханием, усилитель колебаний, нелинейный ограничитель и звено обратной связи. Например, в ламповом генераторе (генераторе Ван дер Поля, рис. 2, а, б) колебательный контур с потерями, состоящий из емкости С, индуктивности L и сопротивления R, представляет собой диссипативную колебательную систему, цепь "катод - сетка" и индуктивность L образуют цепь обратной связи. Случайно возникшие в колебательном контуре малые собственные колебания через катушку L управляют анодным током лампы, которая является усилителем. При положительной обратной связи (т. е. при определённом взаимном расположении катушек L и L1) в контур вносится определенная энергия. Если эта энергия больше энергии потерь в контуре, то амплитуда малых вначале колебаний в контуре нарастает. Поскольку анодный ток лампы зависит от напряжения на сетке нелинейным образом (рис. 2, в), то при нарастании амплитуды колебаний энергия, поступающая в контур, уменьшается и при некоторой амплитуде колебаний становится равной энергии потерь. В результате устанавливается режим стационарных автоколебаний, при котором внешний источник (анодная батарея) компенсирует все потери энергии. Т. о., автоколебательные системы должны быть принципиально нелинейными - именно нелинейность не позволяет колебаниям безгранично нарастать, управляя поступлением и тратами энергии источника.

23. Возбуждение колебаний в автогенераторе.

Процесс возбуждения колебаний в автогенераторе

Рассмотрим процесс возбуждения колебаний в автогенераторе (рисунок 3). При включении источника питания в цепях автогенератора наблюдаются флуктуации тока (флуктуационный шум). Спектр этого шума содержит составляющие на всех частотах. Из этого спектра с помощью избирательной цепи выделяется составляющая на частоте генерации fг. Полученное колебание на выходе ИЦ поступает по цепи обратной связи в усилительный элемент, где осуществляется усиление колебания, которое поступает опять в ИЦ и т. д. Амплитуда колебаний возрастает до определенного момента, после чего она стабилизируется, а также стабилизируются частота и форма колебаний. Во время работы автогенератора выделяют два режима работы: переходной и стационарный. Переходной режим работы генератора длится с момента включения генератора и до момента стабилизации параметров колебаний. Стационарный режим работы длится с момента стабилизации параметров колебаний и до выключения генератора (рисунок 4).

Рисунок 4 - Режимы работы автогенератора

Условия самовозбуждения автогенератора

Чтобы определить условия самовозбуждения автогенератора необходимо рассмотреть его уравнение.

Коэффициент передачи автогенератора определяется выражением

где Кп — комплексное значение коэффициента передачи автогенератора;

Кус — комплексное значение коэффициент усиления усилителя;

Кос — комплексное значение коэффициента обратной связи.

Если разомкнуть цепь обратной связи, то выражение для коэффициента усиления будет иметь вид

где Umвх — комплексная амплитуда входного напряжения усилителя;

Umвых — комплексная амплитуда выходного напряжения усилителя;

Кус — модуль коэффициента усиления:

jус — аргумент модуля коэффициента усиления.

Модуль коэффициента усиления равен

jус учитывает сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями усилителя. Как следует из рисунка 3, усилитель включает в себя усилительный элемент и избирательную цепь. Предположим, что в качестве избирательной системы используется параллельный колебательный контур с сопротивлением Rрез. Тогда

26. Транзисторные автогенераторы.