- •Глава 18 лавинно-пролетные диоды
- •18.1. Взаимодействие носителей заряда с кристаллической решеткой в сильном электрическом поле
- •18.3. Принцип действия генератора на лпд
- •18.4. Элементы нелинейной теории лпд
- •18.4.1. Процессы в слое умножения
- •18.4.2. Процессы в области дрейфа
- •18.4.3. Эквивалентная схема и высокочастотное сопротивление лпд
- •18.4.4. Высокочастотная мощность и кпд автогенератора на лпд
- •18.5. Конструкции, параметры и применение генераторов на лпд
- •18.6.1. Регенеративные усилители на лпд
- •18.6.2. Усиление мощности в режиме синхронизации
- •18.6.3. Умножители частоты на лпд
18.6.1. Регенеративные усилители на лпд
Принцип регенеративного усиления заключается в частичной компенсации потерь в резонаторе отрицательной проводимостью диода. Чаще всего используются регенеративные усилители отражательного типа, устройство которых поясняется на рис. 18.14. На рис. 18.14,а показана собственно усилительная секция, по конструкции близкая к генераторной. ЛПД1 установлен в открытом радиальном резонаторе 2, размещенном в волноводе 3. В режиме усиления ток питания ЛПД меньше порогового и самовозбуждение невозможно. При подаче сигнала волна, распространяющаяся в волноводе, отражается от резонатора с диодом; если сопротивление последнего отрицательно, то амплитуда отраженной волны может стать больше амплитуды падающей. Таким образом, коэффициент усиления по напряжению равен для этой схемы коэффициенту отражения:= |Г| =/. Для разделения падающей и отраженной волн используется циркулятор (рис. 18.14,б).
Рассмотрим работу усилителя при настройке резонатора с диодом на частоту сигнала . В этом случае его можно представить эквивалентной схемой, показанной на рис. 18.15. Здесь– сопротивление потерь резонатора;R = –|R| – активное отрицательное сопротивление диода, определяемое формулой (18.14); – волновое сопротивление двухпроводной линии, заменяющей волновод. Сопротивление нагрузки линии равно+R = – |R|, поэтому для коэффициента усиления получим
На рис. 18.16 показана зависимость от |R|/2для частного случая=, когда при R = 0 резонатор согласован (Г = 0) и
(18.18)
Область 0 < |R|/2< 1 соответствует частичной компенсации потерь в резонаторе и нагрузке усилителя, т.е. регенеративному усилению; в этой области знаменатель выражения (18.18) положителен и поэтому символ модуля опущен. С увеличением |R|/2растет тем быстрее, чем ближе порог самовозбуждения |R|/2= 1, определяемый условием полной компенсации потерь. При |R|/2> 1 система переходит в режим синхронизированных автоколебаний (см. ниже). Такое поведение характерно для любых усилителей регенеративного типа. Отметим, что величину |R| можно изменять, регулируя ток питания диода.
Оценим полосу пропускания усилителя исходя из ее связи с добротностью резонатора: /=1/Q. В нашем случае Q = , где – эквивалентная индуктивность резонатора, а = +– |R| – результирующее сопротивление потерь с учетом их компенсации отрицательным сопротивлением ЛПД. При == 2– |R| и
где = – нагруженная добротность «холодного» резонатора (при R = 0). Большим соответствуют близкие значения 2и |R|. В этом случае Q=, откуда следует
(18.19)
Таким образом, увеличение сопровождается сужением полосы пропускания усилителя.
Из-за высокого уровня шумов лавинного тока коэффициент шума усилителей на ЛПД достигает 30...40 дБ; по этому параметру они значительно уступают транзисторам. По указанной причине усилители на ЛПД используются, как правило, в оконечных каскадах твердотельных передатчиков. В таком применении важны энергетические параметры, по которым ЛПД не уступают другим полупроводниковым приборам, а в миллиметровом диапазоне превосходят их.
Усилители мощности на ЛПД применяются в передатчиках радиорелейных и спутниковых систем связи. По КПД и выходной мощности они близки к генераторам на ЛПД; для увеличения последней используется сложение мощностей нескольких диодов в одной колебательной системе. Уровень выходной мощности колеблется от сотен милливатт до нескольких ватт в однодиодных усилителях и достигает 15...20 Вт в многодиодных. При этом коэффициент усиления лежит в пределах 5...10 дБ, а относительная полоса пропускания 2...10 %.