книги / СВЧ-энергетика. Генерирование. Передача. Выпрямление

дику, которая позволяла бы классифицировать диоды на хорошие, удовлетворительные и плохие с минимальными затратами времени и труда. Время восстановления таких диодов должно быть, как правило, меньше четверти пе­ риода частоты выпрямляемых колебаний. Это значит, что на частоте 2,45 Ггц время восстановления должно быть меньше 0,01 нсек, а на частоте 10 Ггц — меньше 0,0025 нсек. Существовавшее в 1965 г. оборудование для измерения времени восстановления в диапазоне 0,01— 0,0025 нсек позволило бы только оценить граничные зна­ чения величин, поэтому пришлось провести измерения

к.п. д. выпрямления в диапазоне СВЧ.

Была подготовлена измерительная установка, позво­

ляющая определять ток и напряжение диодов в прямом и обратно^ направлениях на частоте 60 гц, измерять ем­ кость и прбводимость диодов на частоте 100 Мгц и изме­ рять к. п. д. выпрямления на частотах 2,44; 5,72 и 10,17 Ггц. За исключением диодов в корпусах, имеющих форму патрона, измерения к. п. д. выпрямления проводи­ лись на группах из четырех диодов, которые включались по схеме двухполуперйодного моста, чтобы свести к ми­ нимуму обратное пиковое напряжение на диодах. Мосто­ вые выпрямители испытывались в специальных волновод­ ных секциях [51, показанных на фиг. 5. В состав изме­ рительной установки входили: магнетрон непрерывного генерирования или клистрон со своими источниками пи­ тания; регулируемый волноводный ослабитель, рассчи­ танный на большую’ мощность; направленный ответви­ тель и измеритель мощности для измерения отраженной мощности; второй направленный ответвитель и измери­ тель мощности для измерения прямой мощности; Е —Н- траисформатор, позволяющий уменьшить отраженную мощность до 1 % и ниже; измерительная линия и индика­ тор стоячей волны; секция плавного перехода от волновода к секции с диодами; пластина со смонтированными дио­ дами; прямая секция волновода с поршнем для согла­ сования импеданса; нагрузка в цепи постоянного, тока с регулируемым омическим сопротивлением; вольтметр и миллиамперметр'для'измереиия постоянного тока. При испытаниях диодов в корпусах типа патрон вместо секции плавного перехода в установку включали настраиваемый

таний по определению к. п. д. выпрямления образцы своих новейших смесительных и переключательных диодов. Так, фирма «Хыолет-Паккард» предложила четыре экспе­ риментальных диода с барьером Шоттки, или диода на «горячих носителях», которые после этого были обозначе­ ны номерами 2301, 2302 и 2303 (в микроминиатюрном герметичном исполнении). Стеклянная бусинка этих дио­ дов имела длину 4,56 мм и диаметр 2,03 мм. Диаметр проволочных выводов 0,38 мм. Отделение полупровод­ ников фирмы «Сильваниа электрик продактс» предложило 12 экспериментальных диодов с барьером Шоттки в кор­ пусах типа патрон. Некоторые из этих диодов оказались очень чувствительными к импульсным перегрузкам при переключениях и выходили из строя в процессе наблю­ дения их осциллограмм иа частоте 60 гц.

Фирма «Транзитрон электрик корпорейшн» предло­ жила для испытании несколько своих переключательных диодов типа 508004 и 508005.

А. Результаты испытаний на частотах 2,44; 5,72 и 10,17 Ггц. При проведении этих испытаний мощность СВЧ повышалась ступенями. На каждой ступени мощ­ ности сопротивление нагрузки в цепи постоянного тока изменяли так, чтобы выпрямленное напряжение менялось ступенями по 0,5 в; на каждой из этих ступеней опреде­ ляли величину к. п. д. выпрямления. Кроме того, изме­ ряли к. с. в. и., нормализованное значение импеданса выпрямителя и нагрузку в цепи постоянного тока. По этим данным для каждого уровня входной мощности мож­ но было определить значения выпрямленного напряжения и сопротивления нагрузки, при которых к. п. д. макси­ мален. Полные результаты этих испытаний приведены в работе [5]. В табл. 5 дана лишь очень краткая их свод­ ка, показывающая только значения к. п. д. выпрямле­ ния, выпрямленное напряжение и величину мощности, приходящейся на один диод, в точках, где к. п. д. был максимален. Эти результаты приводятся для различных уровней входной мощности.

Типичные низкочастотные характеристики (60 гц) боль­ шинства диодов, включенных в табл. 5, читатель найдет на фиг. 6. Осциллограмма фиг. 6, б типична для диодов 1Ы820 до начала испытаний по определению к. п. д.

выпрямления. После этих испытаний обратные напряже­ ние и ток диодов 1Ы82С практически были такими же, как у диодов Ш830 (фиг. 6, а).

Ф и г. 7 Э к в и в а л е н т н а я с х е м а п о л у п р о в о д н и к вого в ы п р я м и т е л я С В Ч .

Эквивалентная схема четырехдиодного мостового вы­ прямителя, использовавшегося в этих испытаниях, при­ ведена на фиг. 7. Большими стрелками обозначены пря­ мые токи, а малыми — ток утечки, когда верхний СВЧэлектрод положителен. На схеме используются следую­ щие обозначения:

Ь — индуктивность диода и выводов между держате­ лями;

г — объемное сопротивление полупроводника; Сб — барьерная емкость, изменяющаяся при измене­

нии смещения; Яб — барьерное сопротивление, которое в прямом на­

правлении (#бц) быстро изменяется при измене­ нии тока, а в обратном направлении (7?бо) меняется при изменении напряжения;

Сф — емкость фильтра на выходе мостового выпрями­ теля.

В точке, где выходная клемма выпрямленного напряже­ ния изолирована от платы с диодами, имеется еще неко­ торая емкость на землю. Эта емкость никак не обозначе­ на, так как она отнесена более чем на 0,125 длины волны от Сф и, вероятно, оказывает малое влияние на распреде­ ление СВЧ-токов проводимостей и смещения.

VI. Обсуждение результатов

Унекоторых точечных диодов при использовании их

вкачестве мощных СВЧ-выпрямителей наблюдается улуч­ шение характеристик. Особенно это было заметно на

диодах Ш 820, которые до испытаний в схеме выпрями­ теля СВЧ имели средний обратный ток 4,5 ма при обрат­ ном напряжении 8 б, а после испытаний этот ток умень­ шился до 0,95 ма при том же самом обратном напряжении. Каких-либо существенных изменений в прямом токе во

не вышел из строя один из диодов. Так, мощность на ча­ стоте 2,44 Ггц повышали до уровня 600 м ет (на один диод) и увеличивали ступенями сопротивление нагрузки. При выпрямленном напряжении 10,5 в на один диод, или 21 в на выпрямитель, выходная мощность была макси­ мальной и составляла 428 мет на один диод, к. п. д.

вэтом случае был равен 71,3%. Когда выходное напряже­ ние повышали до 12 е на один диод, к. п. д. выпрямления уменьшался до 68%, и диод, который уже проявлял не­ которую неустойчивость при обратных напряжениях вы­ ше 20 вувыходил из строя. В момент отказа средние потери на диод составляли 192 мет. Эти диоды подробно описаны

вработе [81 и представляют собой кристалл размером 0,51 х 0,51 мм. На этот кристалл нанесены 144 металли­ ческих точки, с одной из которых имеется контакт. Для улучшения мощностных характеристик схемы выпрям­ ления, вероятно, можно было бы использовать значитель­ но больший процент площади кристалла.

Для проведения испытаний какого-либо нового типа диодов можно предложить такую методику:

1. Отобрать четыре диода, имеющие наилучшие низ­

ви г).

2.Определить к. п. д. выпрямления этих диодов на

частоте 10-сантиметрового диапазона, повышая ступе­ нями входную мощность и изменяя выпрямленное напря­ жение на нагрузке. Найти таким образом точку макси­ мального к. п. д. на каждом уровне мощности, пока по­ следний не снизится до 60%. Если найденные значения максимального к. п. д. и выходной мощности, приходя­ щейся на один диод, соответствуют требованиям, связан­ ным с конкретным применением диодов или превышают их, то остальные диоды этого типа можно отбирать по их низкочастотным характеристикам. Однако если возни­ кают какие-либо сомнения в однородности характеристик этих диодов на СВЧ, то приборы следует подвергнуть испытаниям на определение к. гг. д. СВЧ-выпрямлеиия

VII. Выводы

Из представленных здесь результатов экспериментов можно сделать следующие выводы:

1.Полупроводниковые Диоды, предназначенные для применения в качестве смесителей и переключателей, позволяют выпрямлять мощные колебания 10-сантимет- рового диапазона с к. п. д. выше 85%.

2.Диоды с барьером Шоттки, имеющие длину 4,5 мм

идиаметр 2,0 мм, выпрямляли колебания мощностью 0,308 впг на один диод при к. п. д. 77%, что соответствует мощности 8 кет на 1 кг диодов.

3.Если известно, что полупроводниковые диоды дан­ ного типа имеют хорошие характеристики в схеме мощ­ ного СВЧ-выпрямителя, то диоды с наилучшими значе­ ниями к. п. д. обычно можно отбирать по их статическим

характеристикам.

4. Правильно отобранные полупроводниковые диоды обеспечивают длительную и эффективную работу выпря­ мителей СВЧ.