Схемы СВЧ цепей транзисторных генераторов в
интегральном исполнении могут быть построены из элементов с сосредоточенными
параметрами. В частотном диапазоне до 2 ГГц эти элементы имеют малые размеры и
высокую добротность. В схемах, предназначенных для работы выше 2 ГГц,
применяются элементы с распределенными параметрами в виде отрезков
несимметричных полосковых линий, используется также сочетание с
сосредоточенными элементами. Выполнение полосковой линии на подложке из
диэлектрического материала с высокой относительной диэлектрической
проницаемостью позволяет существенно уменьшить размеры схемы. На рис.1.
приведена принципиальная электрическая схема транзисторного усилителя СВЧ с
общей базой, так как по сравнению со схемой с ОЭ у приведенной схемы
энергетические показатели на частотах существенно превышающих предельную
граничную частоту (в 2…3 раза) значительно лучше чем в схеме усилителя с ОЭ.
Как видно из рис.2., эквивалентная схема транзисторного генератора СВЧ с
сосредоточенными элементами во многом похожа на низкочастотный эквивалент ГВВ.
Контур во входной цепи образован конденсаторами и
и индуктивностью
,
параллельно которому подключено входное сопротивление транзистора, также
являющееся элементом избирательной цепи. Контур в выходной цепи образуется
емкостью коллектор-база транзистора, индуктивностью
и
конденсаторами
и
.
Индуктивности
и
образуют
путь протекания постоянной составляющей коллекторного и эмиттерного токов. На
рис.3. показана топология усилителя СВЧ. В качестве проводника используют
медную фольгу с нанесенным на ее поверхность слоем серебра. Ширину полосковой
линии выбирают исходя из волнового сопротивления
, чем
шире линия тем меньше
.Для дросселей используют узкие
полосковые линии с высоким
, а для контурных
катушек – более широкие полосковые линии с меньшим
. Для
согласования сопротивлений на входе и выходе полосковой линии рассчитывается ее
длина. В приведенной конструкции используются конденсаторы сосредоточенного
типа. В варианте использования конденсаторов с распределенными параметрами,
последние представляют собой короткие и широкие отрезки линий, близко
расположенные друг от друга. Чем больше площадь линий и чем ближе они
расположены к подложке платы, чем больше емкость конденсатора.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема
транзисторного усилителя СВЧ.
Рис. 2. Эквивалентная схема усилителя СВЧ
с сосредоточенными элементами.
Рис. 3. Топология транзисторного усилителя СВЧ.
В генераторах с внешним возбуждением, построенных по
схеме с ОБ для получения выбранного электрического режима транзистора на его
входе и выходе необходимо обеспечить требуемые сопротивления по первой
гармонике и
. Эти
сопротивления принципиально могут быть определены в результате расчета режима
работы транзистора на основе его физической эквивалентной схемы.
Анализ режимов работы биполярного транзистора
включенного по схеме с ОБ, удобно проводить, считая входным воздействием
гармонический управляющий заряд на суммарной емкости эмиттерного перехода. В
этом случае функции и
получаются
такими же как и в схеме ОЭ. Для расчета режимов целесообразно воспользоваться
формулами приведенными для расчета УМ с ОЭ. Только необходимо учитывать следующее:
1) В диапазоне СВЧ крутизна линии граничных режимов в 3…5 раз меньше, чем крутизна,
определенная по статистической ВАХ.
2) При малых выходная
мощность соизмерима с входной, поэтому на СВЧ электродный КПД следует
рассчитывать по полной формуле
.
В практике наряду с аналитическим методом получил
распространение метод экспериментального определения полных входного и выходного
сопротивлений
транзистора по первой гармонике при заданной частоте и энергетическом режиме.
Расчеты и измерения сопротивлений и
показали,
что сопротивление входной цепи транзистора можно аппроксимировать полным
сопротивлением последовательной цепи из активного сопротивления
, индуктивности
,
емкости
, а сопротивление выходной цепи хорошо
аппроксимируется полным сопротивлением параллельной цепи из
,
,
, как изображено на рис.4. а и б.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.