Главная Промышленная автоматика.

на нелинейность транзистора. В данном случае не ясна истинная причина расхождения полученных результатов (различия в уровне мощности или структуре транзистора).

Если прибор работает непосредственно вблизи области сжатия коэффициента усиления, то еще два дополнительных механизма могут играть заметную роль:

1) ограничение тока насыщения стока, наступающее в тех случаях, когда становится положительным и близким к vg;

2) нелинейность тока стока при напряжениях U., примерно равных направлению отсечки, или при таких напряжениях U, которые могут привести к возникновению режима пробоя.

Для минимизации влияния этих двух составляющих нелинейности необходимо так выбрать смещение по постоянному току, чтобы мощность насыщения была максимальна, что соответствует току стока 1 =/(.jg/2. Улучшить линейность можно при выборе транзистора с наибольшей шириной затвора W... При этом обеспечиваются характеристики прибора, близкие к характеристикам с нелинейностью третьего порядка (КИИ ~ 20 ig К). При сравнении уровней интермодуляционных искажений у различных приборов необходимо перейти к нормированным характеристикам с учетом ширины транзистора и их предельных мощностей. К сожалению, не все авторы придерживаются этого правила. Поэтому очень трудно оценить улучшение характеристик по полученным результатам.

Рядом авторов отмечено, что оптимум по линейности характеристик не совпадает с максимумом коэффициента усиления [191, 188, 207, 208]. На рис. 14.22 [188] приведены окружности постоянного коэффициента усиления и постоянного уровня интермодуляционных искажений, анализ которых говорит о необходимости поиска компромисса между выходной мощностью и линейностью. Это согласуется с выводом о том (см. разд. 14.2), что требуемое сопротивление для максимальной выходной мощности не обеспечивает наилучшую равномерность коэффициента усиления. Как первое приближение для проектирования усилителей с низким уровнем нелинейных искажений можно О - J(i=S,5/!6 2S0M использовать рассмотрен-

ный ранее метод проектирования усилителей с равномерным коэффициентом усиления.


Z5-jt50M

Рис. 14.22. Фрагмент круговой диаграммы для нагрузок по выходу с окружностями постоянного коэффициента усиления и уровня интермодуляционных искажений для ПТШ с шириной затвора 6 мм, Ро = 34 дБм, / = 4 ГГц [188]



Рис. 14.23. Зависимость выходной мощности и уровня интермодуляционных искажений от входной мощности для GaAs ПТШ, / = = 8 ГГц, Д/ = 5 МГц, = 10В [5, 77]

Другой очень важный шаг был сделан авторами работ [75, 207, 208], которые показали, что скорость изменения зависимости коэффициента интермодуляционных искажений от входной мощности по сравнению с аналогичной характеристикой основной частоты находится в отношении 2 : 1 и что это отношение зависит от уровня входной мощности (рис. 14.23). Это говорит о том, что ПТШ не относится к приборам, характеризующимся нелинейными искажениями третьего порядка. Оценка характеристик транзистора по точке пересечений Р; (см. табл. 14.4) может ввести в заблуждение, так как при определении Pi бьшо сделано ошибочное предположение о характере полупроводникового прибора. Поскольку обычно отношение наклонов зависимости КИИ и выходной мощности по основной частоте больше, чем 2:1, то имеется возможность большего по сравнению с приборами с нелинейными искажениями третьего порядка (например, лампы бегущей волны) улучшения характеристик за счет использования гармонических составляющих. Некоторые характеристики, подтверждающие этот вывод, показаны на рис. 14.24 [188].

Бьшо предпринято несколько попыток создать модели для описания нелинейных искажений. Один из подходов основывается на определении зависимости З-параметров от смещения по постоянному току [137*, 138, 243] и использовании этой информации для анализа нелинейных искажений.


20 -


8 W

В работах [137,138] этим методом моделировалась работа транзистора при большом коэффициенте усиления (1/зи==« =к 0). Предполагалось, что нагрузкой транзистора является резистор с сопротивлением 50 Ом. В данном случае

Рис. 14.24. Зависимость выходной мощности и уровня интермодуляционных искажений от входной мощности для ПТШ с шириной затвора 6 мм, /= 4 ГГц [188]

В списке литературы оригинала допущена ошибка и библиографические сведения об этих источниках отсутствуют. - Прим. перев.



нелинейность выходного сопротивления не оказывает существенного влияния на характеристики усилителя. Были обнаружены отклонения от характеристик нелинейности третьего порядка, что можно объяснить влиянием нелинейности крутизны и проводимости канала. В работе [243] рассчитаны нелинейные искажения вплоть до очень высоких значений уровня мощности с учетом реального согласования. И в этом случае наблюдалось отклонение от характеристик нелинейности третьего порядка.

Другой подход был развит в работе [226]. В ней использована однонаправленная эквивалентная схема, идентифицировано большинство важных источников нелинейности и развита ограниченная методика для определения интермодуляционных искажений в предположении, что транзистор имеет характеристики нелинейности третьего порядка. Некоторые параметры в этой модели были уточнены на основании сравнений с дашшши, полученными из измерений интермодуляционных искажений. Применение этого метода показало существование зависи.мости уровня иитермодуляционных искажений от условий согласования иа выходе транзистора, что указывает на ограничение использования приближения, согласно которому существуют искажения только третьего порядка.

Методам оптимизации параметров транзисторов для улучшения .чинейнос-ти характеристик посвящено три различных работы. В работе [169] решена задача минимизации нелинейных искажений с учетом крутизны S, получены соотношения для S в зависимости от диффузиошюго профиля канала и показано, что интермодуляционные искажения будут минимальны, если концентрация примесей в канале изменяется по закону ijx или имеет ступенчатый характер. Авторы работы [242] последовали этим путем и создали транзистор, который имел экспоненциальный диффузионный профиль. Экспериментальные исследования такого транзистора показали улучшение линейности на 6 дБ по сравнению с линейностью при равномерном легирова-НШ1. В модели, предложенной в работах [75, 77], учтено изменение крутизны S и выходной проводимости. Г исттользованием машинной программы определен оптимальный по интермодуляционным искажениям диффузионный профиль. Экспериментальные данные этой работы показали улучшение линейности примерно на 6 дБ по сравнению с таког.ой при равномерном профиле. В обоих случаях дана ограниченная информатщя, не позволяющая провести сравнение с другими результатами.

14.4.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В настоящее время очень трудно сравнивать практические результаты, что объясняется следующими причинами:

1) очень часто приводятся данные о точке пересечения без указания информации о том, действительно ли прибор или усилитель характеризуется нелинейными искажениями третьего порядка;

2) многие результаты касаются исследований многокаскадных усилителей; при этом не даются характеристики отдельных каскадов;

3) не всегда приводятся размеры и предельная мощность транзистора.





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