Главная Промышленная автоматика.

Включенное состояние транзистора соответствовало нулевому напряжению на затворе. В отключенном состоянии напряжение на затворе было блиЗко напряжению отсечки (-4 , . . -8В). Эквивалентные схемы и характеристики такого ключа для последова-телыюго и параллелыюго включений транзистора показаны на рис. 13.30. Схемная реализация двухканального СВЧ выключателя представлена на рис. 13.31 [21].

Двухзатворный GaAs ПТШ также был использован в ключах диапазонов 8 - 12 и 12-18 ГГц [22]. Эти ключи обладали развязкой не хуже 30 дБ на частоте 10 ГГц. Они были спроектированы на основ ании ясвивалентной схемы транзистора, полученной из анализа S-параметров.

13.4.5. АТТЕНЮАТОРЫ [23-25]

Аттенюаторы используются в СВЧ системах для получения фиксированного или изменяемого ослабления. Они должны быть согласованы, т.е. иметь малые КСВН входа и выхода. Обычно в схемах аттенюаторов используются переключающие р-г-и-диоды. Однако в таких цепях (особенно в полупроводниковых СВЧ интегральных микросхемах) могут найти свое применение и GaAs ПТШ. При проектировании аттенюаторов с фиксированным ослаблением используются те же методы, что и при проектировании СВЧ ключей в выключенном состоянии (см. подразд. 13.4.4). Аттенюаторы с изменяемым ослаблением являются важными компонентами СВЧ систем, поскольку позволяют эффективно регулировать коэффициент передачи с помощью напряжения. Структурная и принципиальная схемы такого широкополосного аттенюатора с изменяемым коэффициентом передачи на двухзатворном GaAs ПТШ показаны на рис. 13.32. Характеристики такого аттенюатора определяются режимом транзистора по второму затвору. Используя методику проектирования двухкаскадных усилителей, можно так рассчитать рассматриваемый усилитель с регулируемым усилением, чтобы его коэффициент усиления в октавной полосе частот менялся от 20 до -40 дБ при изменении напряжения на втором затворе от +1 до -2 В.

13.4.6. МОДУЛЯТОРЫ [26]

Модуляторы - это шестиполюсные цепи, в которых подачей низкочастотного сигнала можно модулировать амплитуду высокочастотного сигнала. По всей сути модулятор является смесителем с переносом частоты вверх: информация низкочастотного сигнала переносится в высокочастотный диапазон. Как и в смесителях, так и в модуляторах GaAs ПТШ работает в нелинейном режиме, что необходимо учитывать при их проектировании.


оВь од

-1Н=>-=>1


а) bv 6)

Рис. 13.32. Структурная и принципиальная схемы аттенюатора с переменным коэффициентом передачи на GaAs ПТШ

Такие аттенюаторы получили название усилителей с регулируемым коэффициентом усиления. - Прим. перев.



9+<ч? Рис. 13.33. Импульсный амплитуд-

П ный модулятор на двухзатворном

------ "3 U GaAs ПТШ [26] (С/2=1,5 В при

Имдудьсный Н13-Г-1 I--овыход включении, К,=-2,5 В при выклю-

модупирующииХ I 500и\-хЛ модулятора чении)

50 ОМ

генератор

1 50 Ом

I ( ) 500м

Двухзатворные GaAs ПТШ часто используются в высокочастот-

Вхаднои генератор

(8ГГц) ных амплитудных модуляторах.

Подавая импульсы напряжения на второй затвор, можно изменять амплитуду СВЧ сигнала на выходе устройства. В настоящее время уже известны модуляторы, позволяющие переключать за время примерно 100 пс сигнал с частотой 8 ГГц. Принципиальная схема такого модулятора, в которой не используется согласующая цепь по входу сигнала, показана на рис. 13.33. Данный модулятор был выполнен на сапфировой подложке с использованием конланар-ных линий.

При расчете таких схем предполагают, что крутизна характеристики транзистора линейно изменяется с изменением напряжения:

S=ku. (13.71)

Модулирующий сигнал можно представить в виде

u=U+ucosbj>jt. (13.72)

Коэффициент усиления по напряжению на низких частотах

А-„=-5Л„. (13.73)

Входное и выходное напряжения сигнала определяются следующим образом:

гзх ~ "гг (13.74)

"вых ~ " н"вх = ucos (cjr) )Лд Uj, cos ojt =-kU(l+m cos u}t)X

XRu cos ix,j.t, (13.75)

где m=u/U- глубина модуляции.

Таким образом, сигнал на выходе модулятора будет усилен и промодулирован по амплитуде в соответствии с зависимостью крутизны [см. (13.71)].

13.4.7. УМНОЖИТЕЛИ [27,28]

Нелинейный режим работы GaAs ПТШ может быть использован не только в смесителях, но и в умножителях частоты. Основными нелинейными изменяющимися параметрами GaAs ПТШ являются: входная емкость С, крутизна S, выходное сопротивление и емкость С(,. В случае подачи большого сигнала их величина будет изменяться, что приводит к эффектам смешивания и генерации гармонических составляющих. На практике в умножителях частоты чаще используются варакторы. Однако применение в таких схемах GaAs ПТШ позволяет реализовать умножитель частоты с усилением входного сигнала.

Пример использования двухзатворного транзистора в схеме удвоителя показан на рис. 13.34. При увеличении входной мощности до 15 дБм коэффициент передачи по вто-




с, ма

.c»wa Гимл нй выходе


магрузкаизо Ом

Двухзатворный GaAs ПТШ

Рис. 13.34. Умножитель на двухзатворном GaAs ПТШ [28]

рой гармонике достигает О дБ на частоте 14 ГГц. При проектировании утроителя на частоте 18 ГГц был получен коэффициент передачи -6 дБм при входной мощности ЮдБм. В данном случае максимальный вклад в процесс умножения вносит нелинейность входного сопротивления.

Используя в удвоителе балансную схему включения транзисторов (рис. 13.35) в диапазоне частот 18-26 ГГц, можно получить выходную мощность 16 дБм при сжатии коэффициента передачи на 1 дБ, а на частоте 40 ГГц - коэффициент передачи удвоителя -7 дБм при выходной мощности 5 дБм.

Рассмотрим принципы работы умножителя на двухзатворном GaAs ПТШ, показанного на рис. 13.34. Напряжение между стоком и истоком транзистора равно б В, а потенциал в условной точке между частями транзистора на стоке С1 будет равен 3 В. При таком смещении и больших значениях тока стока можно выделить две нелинейности, вносящие наибольший вклад:

1) резкие всплески тока стока,

2) ток затвора, который может возникнуть при положительном смещении за счет входного сигнала.

Для обеспечения требуемых характеристик транзистор должен быть оптимально согласован по всем трем входам при соответствующем выборе рабочей точки.

Значение оптимально выбранной нагрузки по входу удвоителя позволяет определить один из параметров транзистора

5* =(Z„-Z,)/(Z,

+ Z), (13.76)

Вход

Рис. 13-35. Балансный удвоитель на двухзатворном GaAs ПТШ

Чу1-*-

-L 1-1-

Выход -о





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

0.0037