Главная Промышленная автоматика.

который можно преобразовать к иной форме:

во = (Ci + ЗСз/4) cos(coO + Сз cos(3coO.

(14.14)

Необходимо констатировать тот факт, что, даже если не учитывать третью гармонику, на основной частоте появляется добавка, связанная с амплитудой третьей гармоники, что приводит к возникновению нелинейных искажений третьего порядка. В предположении одинаковости сопротивлений при двух-частотном измерении в полосе частот и отличия их от сопротивления на соответствующей гармонике можно сделать вывод о том, что характеристика транзистора, связанная со сжатием коэффициента усиления, будет изменяться в зависимости от степени различий сопротивлений.

Существует ряд возможностей для описания нелинейных характеристик транзистора. Наиболее простым является измерение мощности дб , соответствующей сжатию коэффициента усиления на 1 дБ. В данном случае необходимо четко определить, уменьшается ли коэффициент усиления транзистора при увеличении входной мощности. Для GaAs ПТШ это не всегда так. Что касается нелинейных искажений первого порядка {Ру дб) , то они не чувствительны к искажению фазовых характеристик. Следовательно, нет необходимости в проведении полного комплекса измерений. Измерения на основной частоте после обработки их результатов могут дать детальную информацию о фазовых и амплитудных искажениях. Это особенно полезно при исследовании транзистора и при измерениях, связанных с преобразованием амплитудно-модулированного сигнала в частотно-модулированный, которое представляет большой практический интерес.

Двухчастотные измерения являются наиболее распространенным испытанием устройств для определения нелинейных искажений. Использование двух сигналов с близко разнесенными частотами (f, и /2) позволяет без особых сложностей промоделировать ситуацию, которая наиболее близка к реальной. Применяя фильтры, можно вьщелить и измерить на выходе отдельно основной сигнал и сигнал комбинационных составляющих. Обычно для описания нелинейных свойств используются два параметра. Первым является точка пересечения, определяемая графическим путем при построении зависимостей от мощности входного сигнала мощностей на выходе сигналов основной гармоники и комбинационных составляющих (рис. 14.21). Интермодуляционными будут составляющие на частоте 2/, - /2 или 2/2 - /1. Если нелинейность проявляется прежде всего в появлении составляющей


Рис, 14,21. Определение точки пересечения



Таблица 14.4. Параметры, описьтающие линейность приборов с иелииейными искажениями третьего порядка

Сим-

Способ

Сред-

Макси-

Параметр

измере-

мальная

Определение

мощ-

мощ-

ность

ность

Выходная мощность, соот-

Л дБ

Одно-

См. рис. 14.21

ветствующая сжатию коэф-

частот-

фициента усиления на 1 дБ

Точка пересечения

Двух-

См. рис. 14.21

частот-

Коэффициент интермодуля-

То же

/у+б

ционных искажений

Коэффициент интермодуля-

Трех-

Рд.4,77

Рд + 9,54

ционных искажений третьего

частот-

порядка

Параметр

Выходная мощность, соответствующая сжатию коэффициента усиления на 1 дБ

Точка пересечения

Коэффициент интермодуляционных искажений

Коэффициент интермодуля-циониых искажений третьего порядка

-10,6*

/хдБ + Ю.б*

21дБ-2Л + -н24,2*

2Р,.-2Рд+3

-2Р;+б

Рд+0,5 КИИ-12,1*

7у +0,5 КИИ-1,5

КИИ-Н9

0,5М,+3 -Мз-2Рд+9

Примечания: 1. Единицей измерения всех параметров является дБ или дБм. 2. - мощность на выходе сигнала основной частоты Считается, что при мндгочастот-ных измерениях ъсе сигналы имеют одинаковую мощность. 3. Можно осуществить переход от Pip к Мз и обратно при условии, что известен фазовый угол преобразованного сигнала.

♦Аналитическая связь между /ihB " справедлива при отсутствии фазовых

искажений.



третьего порядка, то отношение в наклонах этих характеристик может быть оценено как 3:1. Мощность на выходе, соответствующая пересечению характеристик, называется точкой пересечения Р,. Другим параметром, часто измеряемым для определения нелинейных искажений, является коэффициент интермодуляционных искажений (КИИ). Однако этот параметр обладает тем недостатком, что зависит от уровня мощности (даже для приборов с преобладанием нелинейных искажений третьего порядка). Следовательно, при таком подходе необходимо всегда оговаривать диапазон уровней мощности. В случае же GaAs ПТШ, которые не относятся к приборам с нелинейными искажениями третьего порядка, такая зависимость является достоинством. В данном случае определение точки пересечения может дать неверную информацию о нелинейных искажениях, возникающих в усилителе.

Последний метод, который здесь обсудим, относится к трехчастотным измерениям с использованием трех сигналов с близкими частотами Д,/2 и/3. В данном случае моделируется более реальная ситуация, чем в предьщущем методе, и измеряется отношение мощности интермодуляционных искажений Piif\ +/2 -/3) к выходной мощности основной частоты (табл. 14.4). Эта величина не зависит от уровня мощности для приборов с идеальной характеристикой нелинейных искажений третьего порядка и слабо зависит для приборов с иным типом характеристики.

При сравнении различных методов необходимо помнить, что максимальный уровень напряжения в экспериментах с двухчастотным и трехчастотным сигналами больше того же параметра при одночастотном сигнале средней мощности (см. табл. 14.4). Этот эффект оказывает существенное влияние на уровни входных мощностей вплоть до возникновения насыщения.

14.4.2. ПОВЕДЕНИЕ GaAs ПТШ

В обычных условиях функционирования имеет смысл говорить о трех основных нелинейных элементах в транзисторе.

1. Входная емкость зависит от напряжения на затворе, и, следовательно, можно предположить, что она действует подобно варактору, внося заметный вклад в общую нелинейность транзистора.

2. Крутизна S нелинейно зависит от напряжения на затворе и является дополнительным источником нелинейности.

3. Параметр 522 также изменяется с напряжением на затворе, что известно из измерений 5-параметров. Таким образом, и этот параметр может влиять на искажения входного сигнала. В ряде экспериментальных работ бьш определен относительный вклад нелинейностей в общие характеристики транзистора [3, 226, 188, 190, 207, 208, 212] и в целом бьшо показано, что влияние нелинейности входной емкости менее существенно по сравнению с влиянием крутизны S и выходного сопротивления. Исходя из этого можно рекомендовать при проектировании усилителей выходную цепь рассчитывать с учетом обеспечения линейности, в то время как входная цепь может быть использована для иных целей. Другие исследования, при которых измерялись параметры транзисторов с очень малыми размерами при низких уровнях мощности, показали [122] определенное влияние емкости затвора





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

0.0038