1.2Активные элементы генераторов

1.2.1Классификация, границы применения

На рис. 1.6 представлена классификация активных элементов генераторов. АЭ состоят из трех групп – полупроводниковые приборы (ППП), электровакуумные приборы (ЭВП) и квантовые (КВ). Полупроводниковые приборы делятся на диоды Д и транзисторы Т. В диодах для генерации используется способ отрицательного сопротивления (тунельные диоды), эффект Ганна (диод Ганна), лавинный пробой p-n перехода (ЛПД) в сочетании с динамическим управлением и нелинейная емкость (варикапы) p-n-перехода. Транзисторы – биполярные БП и полевые ПТ. Электровакуумные приборы – радиолампы РЛ (триоды и пентоды) и приборы СВЧ с динамическим управлением тока "О", когда электрическое и магнитное поле направлены на оси прибора и типа "М", когда магнитное и электрическое поля взаимно ортогональны (приборы магнетронного типа).

Рис. 1.7 Активные элементы генераторов

Квантовые приборы – это оптические лазеры и высокостабильные генераторы СВЧ, использующие для генерации внутреннюю энергию микрочастиц вещества.

Втаблице 1 представлены границы применения активных элементов по мощности

ипо частоте. Как видно из таблицы, наибольшую мощность на один прибор обеспечивают электровакуумные приборы. Транзисторы же выдают не более 600 Вт и ограничены по частоте (10 ГГц). Использование "барьера Шоттки" расширяет частотную область до 60 ГГц (ПТ). Большой мощностью обладают квантовые приборы (лазеры), особенно в импульсном режиме ("гигантский лазер").

11

Таблица 1

1.2.2 Параметры и характеристики активных элементов

Параметры активных элементов можно разделить на три группы: электрические,

усилительные (передаточные) и частотные.

К электрическим параметрам относятся допустимые токи Iдоп, напряжения Uдоп, мощности рассеяния Pдоп, для радиоламп – напряжения и токи накала Uнак, Iнак, напряжения питания экранной сетки, номинальная выходная мощность Pном, номинальное напряжение смещения. Электрические параметры определяют энергетические возможности и надежность активного элемента.

Усилительные параметры определяют свойства активного элемента как усилителя, то есть связь выходных колебаний с входными. Их получают из анализа характеристик АЭ. Это – крутизна проходной характеристики S, коэффициенты усиления по току α, β (для биполярных транзисторов), проницаемость D, внутреннее сопротивление Ri, напряжение отсечки выходного тока Eотс, крутизна линии критического режима Sкр. Определение этим параметрам дадим ниже при рассмотрении характеристик АЭ.

12

Частотные параметры определяют инерционные свойства прибора, а именно – зависимость усилительных параметров от частоты входного колебания. К этим параметрам относят межэлектродные емкости – входную Cвх, проходную Cпр, выходную Cвых, входные сопротивления, индуктивности выводов, и так называемые граничные частоты (для биполярных транзисторов), определяющие, , , время рекомбинации и пролета носителей заряда через p-n переходы - 3 . Для радиолампы в справочнике указывается частотный диапазон (НЧ, ВЧ, СВЧ), на который она рассчитана.

Наиболее полно свойства активных элементов отражены в их статических характеристиках. Для ламп и транзисторов используют три вида характеристик: входные,

проходные, выходные.

транзисторов).

Характеристики, даваемые в справочниках, чаще всего сняты для включения АЭ с общим эмиттером, катодом, истоком. Используя их, можно рассчитать режим и для других видов включения АЭ.

При использовании проходных и выходных характеристике нужное помнить, что

каждая точка поля характеристик соответствует трём величинам: вх , вых, вых или вх ,

вых, вых.

Рис. 1.8 Входные характеристики АЭ

13

Входные характеристики представлены на рис. 1.8: а) – для биполярных транзисторов, б) – для радиоламп .Для биполярных транзисторов – это экспонента, для

3

радиоламп – кривая, имеющая зависимость: C(eвых )e 2 ,где C – постоянная, зависящая от

eвых.

Проходные характеристики представлены на рис. 1.9: а) – для радиоламп, б) – для биполярных транзисторов, в) – для полевых транзисторов.

Рис. 1.9 Проходные характеристики АЭ

Как видно из рис. 1.9, радиолампа имеет "левые" характеристики, т.е. работает как усилитель при запирающем смещении, и имеет входной ток только при положительном смещении. Характеристики биполярных транзисторов – "правые", имеют такой же вид как и входные (экспонента). Характеристики полевых транзисторов могут быть любые в зависимости от типа транзистора и доли открытия канала при нулевом входном напряжении, причем степень нарастания тока близка к 2 (квадратичная зависимость).

Из этих характеристик можно получить усилительные параметры:

сопротивление Ri = deвых ≈ ∆eвых , используя показанные на рис. 1.9 треугольники.

diвых ∆iвых

Для любой характеристики можно определить напряжение отсечки тока Eотс.

В поле характеристик можно выделить три области (все они используются в генераторах в отличие от обычных усилителей):

I — усилительная область, где имеется сильная зависимость выходного тока iвых от входного напряжения eвх и слабая зависимость от выходного напряжения eвых.

II — области отсечки, в которой выходной ток равен нулю.

14

III — область "насыщения", в которой выходной ток iвых слабо зависит от входного напряжения eвх, и сильно зависит от выходного напряжения eвых.

Слово "насыщение" взято в кавычки, т.к. у разных видов АЭ причина ограничения различная. У радиоламп – это "отсос" электронов сеткой у анода, у биполярных транзисторов – ограничение объема носителей (электронов и дырок), у полевых – ограничение пропускной способности канала.

Рис. 1.10 выходные характеристики

Выходные характеристики представлены на рис. 1.10.

Для всех рассматриваемых здесь АЭ они имеют одинаковый вид. Все они исходят из "0" или близкой к нему точки, подымаются круто (по так называемой "линии критического режима", имеющей крутизну Sкр), далее изгибаются и идут вправо под некоторым углом в зависимости от величины D. Здесь также можно выделить те же три области:

I — усилительная, идущая вправо от л.к.р. и выше оси iвых=0,

II — область отсечки – ниже оси iвых=0,

III — область насыщения – линия критического режима л.к.р.

Из выходных характеристик можно также определить параметры S, D, Ri, Eотс и, кроме того, параметр Sкр.

По параметру eвх ось eвых соответствует напряжению (току) отсечки Eотс (Iотс).

15