Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 69

а                                                               б

Рис. 4. Эквивалентная схема входной – а и выходной – б цепей транзистора.

Для расчета  воспользуемся эквивалентной схемой транзистора, изображенной на рис.2.

                       (1)

где ,

 - первая гармоника управляющего заряда на входе;

 - соответственно рабочая и граничная частоты;

 - входное сопротивление выходной согласующей цепи при настройке ее в резонанс с входной частотой;

,  .

Подставляя значения (2) в выражение (1) и, принимая во внимание, что , получим:

(3)

Откуда:

                   (4)

                                            (5)

          (6)                              (7)

Свойства транзисторных генераторов СВЧ в значительной степени определяются глубокими внутренними обратными связями в транзисторе. В схеме ГВВ с ОБ определяющей является положительная обратная связь через индуктивность . Этим объясняется сравнительно высокая чувствительность схемы ОБ к изменением параметров транзистора и угла отсечки. Эта связь может вызвать паразитную генерацию или сильную нестабильность усиления. Для предотвращения этого необходимо: вводить эмиттерное автосмещение, включать нейтрализирующие емкости в базовую цепь, использовать незаблокированный резистор в эмиттерной цепи.

Для определения коэффициента усиления по мощности вначале находят мощность возбуждения по формуле:

                                                          (8)

Коэффициент усиления по мощности транзистора равен:

                                                             (9)

В диапазоне СВЧ на частотах свыше 1 ГГц свойства транзисторных усилителей заметно ухудшается, падает выходная мощность, КПД и коэффициент усиления по мощности. Поэтому выгодным оказывается осуществлять усиление мощности на более низких частотах с УМ на транзисторах, а в выходных каскадах применять варакторные умножители частоты.

Варактор – это п/п диод, который используется как нелинейная емкость с малыми потерями. Аналогичный диод, работающий при закрытом p-n переходе, применяемыми для частотной модуляции и электрической перестройке частоты, называемым варикапом. Обобщенная схема ВУЧ имеет следующий вид:

Она содержит пассивный нелинейный элемент (варактор), входную и выходную колебательные системы, настроенные соответственно на частоту возбуждения и частоту N гармоники и цепи смещения. Такой умножитель является пассивным, поскольку единственным источником, определяющим энергию выходных колебаний на частоте , является источник входного сигнала на частоте . Основным показателем является КПД, под которым понимается отношение мощности N-ой гармоники, выделяемой в нагрузке, к мощности возбудителя: .

Рассмотрим установившийся режим ВУЧ на примере параллельной схемы. Составим эквивалентную схему, где варактор заменим нелинейной емкостью  и линейным сопротивлением , учитывающим потери в p-n переходе. Сопротивление правой ветви  - это входное сопротивление фильтра , нагруженного на сопротивление . Левая ветвь содержит генератор напряжения  с внутренним сопротивлением . Ее параметры можно найти по теореме об эквивалентном генераторе, примененной к части принципиальной схемы слева от варактора.

Составим уравнение баланса мощностей. Фильтр  выбирают т.о., чтобы в нагрузке протекал близкий к синусоидальному ток и выделяем в ней мощность . От источника возбуждения отбирается мощность , превышающая  на .

                                                   (10)

где  - мощность потерь в фильтре  и в диод .

                                                (11)

Согласно соотношению Менли-Роу, в идеальном нелинейном реактивном элементе, свободном от потерь, вся мощность подведенных к элементу колебаний, преобразуется в мощность гармоник .

Следовательно, если существуют потери, то мощность  равна сумме мощностей , рассматриваемых гармоник тока в фильтрах и в сопротивлении диода , т.е. .

                             (12)