Главная Промышленная автоматика.

На высоких частотах для оценки добротности круглого золотого проводника можно использовать соотношение

Q= --r =--, (14.27)

пг Pol

где L ~ индуктивность; - сопротивление на переменном токе; Ро - удельное сопротивление; /г - толщина скин-слоя на частоте со и - сопротивление скин-слоя.

Необходимо отметить, что поскольку /г < (/, то R может быть определено при условии, что проводником является трубка толщиной h.. Если для золотого проводника длиной 0,25 мм и диаметром 25 мкм определить индуктивность L из соотношения (14.26), то по формуле (14.27) на частоте 10 ГГц можно получить добротность такого проводника Q ~86.

Из приведенного обсуждения видно, что наличие на входе и выходе транзистора соединяюшцх проводников приводит к необходимости введения в эквивалентную схему ПТШ сосредоточенных индуктивных элементов. Даже на частоте 10 ГГц реактивное сопротивление проводника дааметром 25 мкм и длиной 0,25 мм составляет 12 0м. Хотя эта реактивность может быть несколько уменьшена использованием ироволичек большого диаметра ленточной формы или параллельным соединением нескольких проволочек, на практике ее необходимо учитывать (включать в состав согласующих цепей) . Часто паразитную индуктивность соединяющих проводников используют для компенсации емкостной составляющей входною или выходного сопротивления транзистора с целью получения только активных составляющих этих сопротивлений с последующим их согласованием микрополосковыми четвертьволновыми трансформаторами с внешними нагрузками 50 Ом. Такие простые схемы могут использоваться при создании схем на ПТШ с небольшой щириной затвора (отношение согласуемых сопротивлений не превышает пяти) и узкой полосой частот (примерно 15%). Очевидно, что для широкополосных усилителей или усилителей мощности на ПТШ с большой шириной затвора требуются более сложные схемы. В большинстве случаев, однако, нашли использовшше методы эквивалентных схем, учитывающих элементы с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Преимущество корпусированных ПТШ перед бескорпусными состоит в воспроизводимости характеристик благодаря герметически закрытому корпусу. Это позволяет изготовителям транзисторов давать более удобные характеристики ПТШ на переменном токе, выраженные через S-параметры. Однако корпус вносит дополнительные паразитные реактивные элементы (последовательные индуктивные, шунтирующие емкостные), когорые ограничивают потешщальные возможности транзистора при его использовании в широкополосных устройствах.

В некоторых случаях в корпусе транзистора могут размещаться некоторые согласующие цепи, которые обеспечивают частичное или потное согласование входного и выходаого сопротивлений транзистора, что облегчает или полностью исключает решение задачи согласования внешними цепями. Однако, прежде чем приводить примеры типовых схем на ПТШ, кратко обсу-304



ДИМ использование в эквивалентных схемах элементов с сосредоточенными и распределенными параметрами.

14.5 2.2 ЭЛЕМЕНТЫ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ И РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЬТР.ЛМИ В ЦЕПЯХ СОГЛАСОВАНИЯ ПТШ

Введение. Обычно бывает трудно определить, когда для согласования необходимо использовать элементы с распределенными, а когда - с сосредоточенными параметрами, особенно если учесть, что оба типа элементов используются в типовых усилителях на ПТШ. По практическим соображениям, например, чаще выбор схемотехнического решения основывается на таких факторах, как физическая реализуемость схем и воспроизводимость требуемых характеристик. Как было отмечено в предыдущем разделе, индуктивные элементы можно легко ввести в схему на элементах с сосредоточенными параметрами (например, при учете проволочек, соединяющих ПТШ с микрополосковой линией). С другой стороны, эквивалентную схему корпуса транзистора удобнее представить в виде соединения элементов с сосредоточенными параметрами. К ним можно отнести емкости, описывающие паразитные элементы корпуса. Более интересным является и тот факт, что в настоящее время можно получить дискретные конденсаторы с относительно высокой добротностью и такими малыми размерами, что даже на частотах около 20 ГГц их можно считать элементами с сосредоточенными параметрами [204] .

Сейчас серийно освоено два типа таких конденсаторов. Один из них выполнен на основе МДП-структуры (металл-диэлектрик-полупроводник) . Другой изготавливается из керамического материала с малыми потерями и высокой диэлектрической проницаемостью (титанат бария) . Добротность таких котщенсаторов на частотах 12,5- 18 ГГц лежит в пределах 50- 100, причем у керамических ко.чденсаторов она несколько больше, чем у конденсаторов МДП. Следовательно, практически вполне оправдано построение различных согласующих цепей на базе L , Г-элементов с сосредоточенными параметрами с использованием таких конденсаторов, а также индуктивное-тей, реализуемых в виде проволочек. Достоинством таких согласующих цепей являются малые размеры и возможность осуществить согласование низкоомных сопротивлений Элементы с сосредоточенными или полусос-редоточенш>!ми параметрами важны при разработке полупроводниковых интегральных схем из-за их малых i еометрических размеров. По воспроизводимости характеристик, однако, преимущества имеют цепи, которые содержат в основном элементы с распределенными параметрами.

Чтобы количественно охарактеризовать схемы па элементах с сосредо-гоченны\ш и распределенными пар11метрами, в которых используются ПТШ, необхода1мо сравнить типичные примеры таких согласующих цепей.

Потери в согласующих цепях. При проектировании схем на ПТШ важно проверить, насколько искажаются их характеристики из-за потерь в цепях согласования, что особенно важно при coi пасовании низкоомных сопротивлений, которыми отличаются, иапример, усилители мощности. В этих слу-




Рис. 14.30. Пример простой согласующей цепи на элементах с сосредоточенными параметрами для ПТШ с простой эквивалентной схемой входного

сопротивления; а - генератор; б - согласующая цепь; в - упрощенная эквивалентная схема входного сопротивления ПТШ с учетом индуктивности соединительного провода

чаях ПЛОТНОСТИ токов, протекающих в цепях, велики и омические потери становятся заметными. Обычно разработчик должен оценить потери в согласующих цепях в каждом конкретном случае независимо от того, какие элементы применены в схеме (с сосредоточенными или распределенными параметрами).

Для начала можно сравнить потери в согласующих цепях, связанные с конечной добротностью Q конкретных элементов. На рис. 14.30 показана наиболее часто встречающаяся цепь на элементах с сосредоточенными параметрами, позволяющая согласовывать внутреннее сопротивление генератора Z о (часто действительное и соответствует характеристическому сопротивлению СВЧ тракта) и входное сопротивление ПТШ =вх 1вх> где вх " активная и реактивная составляющие входного сопротивления собственно транзистора. Важной особенностью такой Т-образной согласующей цепи является возможность подачи через нее на транзистор смещения по постоянному току. Предположим в качестве примера, что эта цепь используется для согласования мощного ПТШ, активная часть входного conpoiHB-ления которого Zq, где Zq =50 Ом. Кроме того, введем коэффициент

трансформации п, который будет определять связь между R и Zo : Zq = = «i?gjj. Отметим также, что проволочка, соединяющая кристалл транзистора с согласующей цепью, выбрана таким образом, чтобы ее индуктивность компенсировала на частоте соо=2я/о реактивную составляющую входного сопротивления, обусловленного емкостью затвора транзистора. Сначала оценим условие передачи максимальной мощности на частоте /о "от генератора к транзистору без учета потерь в согласующих цепях. Это условие выполняется, если используются высокодобротные элементы (Q> 10). В данном случае связь между током на входе /i и током на выходе /г определяется при условии, что мощность на входе согласующей цепи будет равна мощности, потребляемой выходной цепью транзистора/дух-

(14.28)

= lAlZo = /ali?,,=F3b.x.

Если для каждого элемента согласующей цепи Xi, Хг, Хъ определить диссипативные потери, описываемые соответствующими эквивалентными сопротивлениями Ri,R2, R, то добротность элементов будет определяться следующим образом:





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 [102] 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0048