8 Пример проектирования цепи свч генератора на диоде Ганна. Конструирование диодных автогенераторов

Колебания, самостоятельно возникающие в системе в отсутствии внешних колебательных сил, называются автоколебаниями.

Форма, частота и амплитуда автоколебаний полностью определяются элементами, входящими в систему, создающую их. Такие системы называются автогенераторами или автоколебательными системами (АКС).

АКС включает в себя источник питания, откуда берется энергия для образующихся колебаний, регулятор, управляющий поступлением энергии из источника питания в колебательную систему, собственно колебательную систему, определяющую форму колебаний. Регулятором обычно служит активный усилительный элемент: транзистор, усилительная лампа. Для генерирования гармонических колебаний колебательная система должна представлять собой узкополосный избирательный четырехполюсник. Управляющий активный элемент вместе с колебательной системой образуют нелинейный частотно-избирательный усилитель. Для возбуждения усилителя и поддержания колебаний на необходимом уровне используются колебания, вырабатываемые в самом усилителе: часть энергии колебаний с выхода усилителя подается на его вход по цепи внешней обратной связи (В качестве цепи обратной связи обычно используются пассивные элементы). Таким образом, автогенератор с внешней обратной связью можно представить в виде блок-схемы , представленной на рис.1.

Рис.1

Генератор на диоде Ганна (ГДГ) образуется диодом Ганна, включённым в резонатор с эквивалентным сопротивлением Z_н , и источником питания U₀ (рисунок 7.8). Классификация возможных режимов работы ДГ в генераторе представлена на рисунке 7.9.

Рис. 7.8: Эквивалентная схема автогенератора на ДГ

Рис. 7.9: Диаграмма возможных режимов работы ДГ

Доменными называют режимы ДГ, для которых характерно наличие сформировавшегося дипольного домена в течение значительной части периода колебаний. Идеализированная динамическая ВАХ ДГ в доменных режимах дана на рисунке 7.10 сплошной линией (пунктир — статическая ВАХ ДГ).

Рис. 7.10: Доменный режим работы ДГ

Наличию домена соответствует нижняя ветвь характеристики 1. При достижении напряжения гашения U_гашдомен рассасывается и рабочая точка диода переходит на восходящую ветвь характеристики 2. Изменяя сопротивление нагрузки (а значит амплитуду U₁ ) на полюсах отрицательной проводимости диода, можно получить три различных доменных режима ДГ.

Пролётный режим имеет место при малой нагрузке на диоде, амплитуда напряжения мала и не оказывает влияния на образование и движение доменов. В этом режиме частота колебаний равна f_пр = 1 / τ_пр, импульсы тока имеют вид, представленный на рисунке 7.7. Практически этот режим не используется из-за малых значений КПД и f_пр.

В прочих режимах работы ДГ частота колебаний задаётся внешним резонансным контуром.

9 Полевой транзистр свч. Нелинейная эквивалентная схема птш.

Существует три типа полевых транзисторов, различающихся физической структурой и способом управления проводимостью канала. Они могут иметь изолированный затвор, затвор на основе р–n-перехода или затвор на основе барьера Шоттки. Транзисторы с изолированным затвором из-за наличия структуры металл-окисел-полупроводник имеют невысокие граничные частоты и не используются в сантиметровом диапазоне длин волн. Полевые транзисторы с p–n-переходом не позволяют существенно увеличить уровень мощности вследствие низких допустимых напряжений и малой площади поверхности, отводящей тепло.

Наиболее широкое применение на СВЧ нашли полевые транзисторы с барьером Шоттки (ПТШ).

Полевой транзистор с барьером Шоттки  — полупроводниковый прибор планарно-эпитаксиального типа с затвором на барьере Шоттки, имеющий контакты на внешней поверхности кристалла полупроводника n-типа.

Актуальность темы. Нелинейные устройства СВЧ широко применяются во всех современных телекоммуникационных системах Наибольшее применение в качестве активных нелинейных элементов в таких устройствах нашли полевые транзисторы с барьером Шотки (ПТШ) ПТШ (английская аббревиатура МЕБРЕТ),которые обладают рядом преимуществ перед другими типами СВЧ активных элементов Это малый коэффициент шума, возможность работы на частотах вплоть до 60 гигагерц, высокое входное сопротивление, устойчивость в широком диапазоне частот, простота и технологичность изготовления Все эти факторы делают ПТШ незаменимыми при проектировании и изготовлении таких СВЧ устройств как усилители, умножители и делители частоты, смесители и генераторы

Методов анализа нелинейных СВЧ устройств в настоящее время существует множество Основными на данный момент являются метод гармонического баланса и метод функциональных рядов Вольтерра Методы машинного анализа СВЧ нелинейных устройств также в основном используют эти два метода

Метод гармонического баланса, являясь частотным методом, позволяет достаточно полно исследовать нелинейные СВЧ устройства с сильной нелинейностью и определять его передаточные характеристики (коэффициент передачи и др ) Однако при полигармоническом возбуждении анализ данным методом значительно усложняется и требует значительного увеличения времени для расчетов (особенно при расчете интермодуляционных искажений и уровней сжатия смесителей)

Метод функциональных рядов Вольтера обычно используется для исследования СВЧ устройств со слабой нелинейностью, и позволяет достаточно точно и быстро определять интермодуляционные искажения различных порядков

Именно поэтому существует необходимость в разработке метода анализа нелинейных СВЧ устройств, позволяющего с достаточной точностью и достоверностью определять как передаточные характеристики этих устройств, так и нелинейные искажения, возникающие при воздействии полигармонических сигналов

Для анализа работы СВЧ устройств на полевых транзисторах с затворами Шотки необходимо определить аппроксимации их характеристик, чтобы они совпадали с экспериментальными результатами Полученные сегодня выражения для выходных ВАХ зачастую не учитывают особенностей планарной конструкции приборов этого типа Поэтому весьма

актуально в настоящее время разработка методов моделирования выходных характеристик ПТШ и ДЗПТШ (двухзатворных полевых транзисторов)