Главная Промышленная автоматика.

IBB 90 ВО

70 SO

50 40 JO 20 W

Коэффициент оспаВпения ,ц5


WO 90 80 70 ВО 50 40 50 20 10


Коэффициент оспабпеиия,цВ 5 2

1.5 1

0.75 0,5 0.3

14 IS

0,0! 0,02

0,03

Рис. 14.4. Зависимости, позволяющие определить ограничения полосы частот при согласовании входного (а) и выходного (б) сопротивлений при скорости изменения коэф-фищгента усиления 6 дБ/окт и различных коэффициентах ослабления

тора с сопротивлениями нагрузки и генератора. На низких частотах можно изменить параметры транзистора введением местной обратной связи. Однако на СВЧ этот метод редко используется из-за топологической сложности практической реализации таких цепей с воспроизводимыми фазовыми характеристиками. В последнее время к данному способу вернулись вновь, при этом используют специально введенную цепь обратной связи внутри корпуса транзистора или даже на кристалле полупроводникового прибора (см. подразд. 14.5.2). С помощью отрицательной обратной связи было достигнуто существенное увеличение широкополосности усилителей. В работе [227] бьшо сообщено о разработке широкополосного усилителя с полосой 100 МГц - 6 ГГц. В статьях [153 - 156] приводятся характеристики усилителя, работающего в полосе частот 350 МГц - 14 ГГц. Такие усилители имеют рекордную широкополосность среди усилителей на GaAs ПТШ.

Обычно транзистор не является однонаправленным прибором (5i2l f 0). Поэтому синтез входной и выходной согласующих цепей всегда взаимосвязан. Такая проблема синтеза двух согласующих цепей пока не решена. Поэтому обычно транзистор считают однонаправленным, что, хотя и дает хорошее

Входная

согласующая иель

Транзистор

Выходная согласующая цель

Рис. 14.5. Структурная схема транзисторного усилителя



приближение, приводит к некоторым сложностям, особенно в случае разработки усилителей на потенциально неустойчивых приборах. При таком подходе можно выделить входное и выходное сопротивления транзистора, которыми и оперируют при последующем синтезе согласующих цепей. В случае расчета линейных усилителей для оценки погрешности, обусловленной упомянутым приближением, можно прибегнуть к методике анализа усилителей с применением полного комплекта 5-парамегров. При необходимости вводится еще один этап синтеза (обычно с привлечением машинных методов оптимизации) для оптимизации характеристик всего усилителя. Если транзистор работает в нелинейном режиме, то S-параметры не всегда применимы. В этом случае нет другого варианта, кроме определения требуемых сопротивлений генератора и нагрузки методом, о котором бьшо сказано ранее. Конечно, можно воспользоваться тем же путем, что и при расчете линейных усилителей. Однако при этом различие коэффициента усиления в предположениях однонаправленности и линейности не может быть объяснено только пренебрежением влияния внутренней обратной связи, так как определенную роль в данном случае играет рассогласование из-за нелинейных эффектов. Дальнейший шаг возможен только при использовании S-параметров, определенных для большого сигнала [178].

Теперь перейдем к обсуждению вопроса получения требуемых сопротивлений генератора и нагрузки по характеристикам транзистора. При этом вновь следует остановиться на различиях линейного и нелинейного режимов работы транзистора. О методах расчета линейных усилителей уже говорилось. Поэтому на этом вопросе больше останавливаться не будем. При желании более подробное описание методов расчета линейных усилителей можно найти в работе [69]. Необходимые для этого соотношения обобщены и приведены в табл. 14.1. Для проектирования усилителей, как было сказано ранее, эти методики неприменимы. Нелинейный режим оказывает свое действие прежде всего на S21 и S22, в то время как Зц и Sjj менее чувствительны к режиму даже при больших уровнях выходной мощности. Этот факт подтверждается при анализе выходных вольт-амперных характеристик транзистора с учетом режима работы (рис. 14.6). Большая входная мощность соответствует такому режиму, при котором существенно изменяется рабочая точка. Исходя из этого в качестве первого приближения в определении входного сопротивления можно использовать линейный подход, применимый даже при больших уровнях мощности. Это справедливо с точностью, соответствующей приближению однонаправленности при определении характеристик транзистора.

Ihic. 14.6. Типичные вольт-амперные характеристики ПТШ с нагрузочными прямыми, соответствую-1ЦИМИ режиму работы на малом (А) и большом (Б)

сигналах S 10 15 1/,3




Контроль

Входной

мощности

Волномер -20АВ

Входной трансформатор сопротивления

Анализатор цепей

Генератор


/!6В

, Источник Держа-питания тель

троязишоро Источник питания

Переменный аттенюатор


Цифровой

тьтметр

ФазаВра- -20дВ Р2 щатель Контроль

мощности

Рис. 14.7. Структурная схема измерительной установки [211]

В настоящее время существует ряд методик, позволяющих определять выходное сопротивление транзистора в нелинейном режиме (при большом уровне выходной мощности). Одна из них связана с применением устройств (трансформаторов сопротивления), позволяющих осуществлять согласование сопротивлений для получения необходимого коэффициента усиления. При этом сопротивления нагрузок можно вычислять или измерять. После получения желаемого коэффициента усиления требуемое сопротивление вычисляется или получается из непосредственных измерений характеристик трансформатора сопротивлений. Этот метод требует больших затрат времени, так как при его реализации необходимо проводить согласование отдельно в каждой частотной точке с одновременным контролем характеристик измерительной установки, которая не должна вносить нежелательных паразитных элементов. Несмотря на эти недостатки, применение метода дает хорошие результаты. При его использовании на частотах выше 12 ГГц необходимо стремиться к обеспечению малых потерь в трансформаторе сопротивлений (менее 1 дБ). В противном случае является сложным определение реальной погрешности, вносимой трансформатором сопротивлений, поскольку его характеристики очень трудно измерить. При серийном производстве, когда необходимо измерять параметры большого числа транзисторов, целесообразно использовать полностью автоматическую установку, описанную в работе [42].

Другой метод (рис. 14.7) основан на тех же принципах [211]. Однако вместо включения трансформатора сопротивлений на выходе транзистора применяется иной подход, основанный на подаче части входной мощности 264





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