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 70

Очевидно, уменьшение потерь на любой из гармоник, не вызывающее увеличение потерь на остальных гармониках и падение выходной мощности, повышает эффективность ВУЧ. Теория ВУЧ показывает, что с ростом коэффициента умножения N выходная мощность и КПД умножителя снижаются. В сантиметровом диапазоне КПД удвоителя составляет 60…70%, утроителя – 40…50%, а в ВУЧ на восемь падает до 10-12%. При  выходная мощность и КПД ВУЧ уменьшаются с повышением частоты из-за роста потерь в варакторе. Мощность и КПД удается поднять, если использовать варактор с большим обратным напряжением, большей мощности рассеивания, меньшим сопротивлением  и со значительной нелинейностью вольт-кулонной характеристики варактора.

Падение КПД с ростом коэффициента умножения заставляет в однокаскадном ВУЧ снижать кратность N. Увеличить КПД и выходную мощность при  удается, применяя так называемые холостые контуры. Поясним этот метод на примере утроителя. Пусть фильтры умножителя выбраны так, что через варактор протекает ток 1-й, 2-й и 3-й гармоник. Предположим, что потери в цепи 2-й гармоники малы, поскольку эта цепь не связана с нагрузкой и работает на холостом ходу. Отсюда и название – утроитель с холостым контуром, настроенном на вторую гармонику. В таком утроителе выходная мощность возрастает, т.к. энергия входного сигнала преобразуется в энергию колебаний на частотах  и , взаимодействие колебаний 1-й и 2-й гармоник на нелинейной емкости приводит к преобразованию части мощности  2-й гармоники (за вычетом потерь) в мощность 3-й. при увеличении выходной мощности за счет холостого контура расчет и мощность потерь: ведь теперь в диоде рассеивается мощность трех составляющих тока, а не двух, как в простом умножителе. Несмотря на это, КПД может увеличиваться, если выходная мощность возрастает в большей мере, чем потери.

По экспериментальным данным, КПД утроителя с холостым контуром на 2-ю гармонику составляет 70% вместо обычных 40…50%. В реальных схемах применяется 1 контур, редко – 2.

Увеличение их числа приводит к незначительному росту эффективности, но заметно усложняет конструкцию и настройку умножителя.

ЛЕКЦИЯ 25. Автогенераторы на туннельных диодах.

Принцип действия туннельного диода (ТД). Режимы работы ТД, основные энергетические соотношение. Автогенераторы на ТД, принципы их расчета, кварцевые АГ на ТД. Принцип действия диода Ганна. Статическая ВАХ диода Ганна, режимы работы конструкции генератора на диодах Ганна.

Туннельный диод – это п/п диод, действие которого основано на туннельном эффекте. В свою очередь, туннельный эффект – это квантово-механическое явление, заключающееся в просачивании частиц (в частности, электронов) через потенциальный барьер и обусловленное волновыми свойствами микрочастиц. ТД содержит p-n переход с очень малой толщиной запирающего слоя. Активные свойства диода проявляются в широком диапазоне частот от постоянного тока до СВЧ. Это позволяет строить туннельные автогенераторы на самых различных частотах, выходная мощность которых обычно составляет сотни микроватт. Важным достоинством ТД является сохранение его свойств как активного элемента в условии радиационного воздействия. Эквивалентная схема ТД содержит генератор тока , барьерную емкость p-n перехода , сопротивление потерь  и индуктивность выводов .

Рис. 1. Эквивалентная схема ТД.             Рис. 2. Статическая ВАХ ТД.

Типичная статическая ВАХ имеет падающий участок (отрицательное сопротивление). , , , , , , .

Поскольку участок отрицательной крутизны существует при весьма малых напряжениях  и он существует не только на динамической, но и на статической ВАХ, то необходимо тщательно рассчитывать режим по постоянному току, чтобы обеспечить устойчивость рабочей точки. Анализ устойчивости показывает, что условие устойчивости режима диода по постоянному току имеет вид:

- крутизна статической ВАХ ТД в рабочей точке.

На рис.3. изображена принципиальная схема автогенератора на ТД.

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема АГ на ТД.