Рис. 13.25. Условия обеспечения

режима генерации: а ~ последовательный резонанс; 6 - параллельный резонанс

50 Ом

500м

связи транзистора. При выполнении критерия Найквиста в схеме генератора осуществляются условия последовательного или параллельного резонанса (рис. 13.25).

Согласно известной теореме для генераторов [17] при выполнении критерия Найквиста в сечении В-В то же условие будет существовать и в сечении А-А (рис. 13.26);

\-r,\500m

\-ri\<500m 5)

Sir, =1,

г, =1.

(13.52) (13.53)

Условием безусловной устойчивости любого четырехполюсника является выполнение следующих неравенств:

701, 1Д) < 1,

где Д = ~

Спроектировать генератор на транзисторе с такими параметрами практически невозможно. В этом случае необходимо ввести дополнительную обратную свзяьили изменить схему включения транзистора. Обычно для построения генератора используется включение транзистора по схеме с общим затвором, что позволяет в широком диапазоне частот Получить 1221 > 1.

Напомним, что 5-параметры четырехполюсника измеряются при нагрузках по входу и выходу, равных 50 Ом. В этом случае генератор будет работать только при 50-омной нагрузке. Если iSj,] >1 при такой Hai-рузке, то условие генерации достигается при включении Согласующей цепи на входе Л/3, которая обеспечивает одновременное выполнение следующих неравенств:

15„11Г,1>1, (13.54)

ljlirjsl. (13.55)

Проектирование генератора основывается на расчете согласующих цепей w с целью обеспечения условий (13.54) и (13.55).

5 *Г

При генерации Sj,r, = > = / Рис. 13.26. Структурная схема генератора

13.4.3. СМЕСИТЕЛИ [l8, 19, 53, 54]

Полевые транзисторы могут применяться и в смесителях, обеспечивая высокий коэффициент преобразования и низкий коэффициент шума. В СВЧ смесителях при подаче на выводы транзистора колебаний гетеродина фиксированной частоты (достигается нелинейный режим работы) и входного сигнала малого уровня на выходе выделяется мощность низкой промежуточной частоты. В обычных диодных смесителях режим преобразования обеспечивается благодаря нелинейному сопротивлению диода, на который подано Небольшое напряжение смещения в прямом направлении. Коэффициент преобразования (потери преобразования) в диодных смесителях существенно меньше единицы. В противоположность этому при соответствующей оптимизации схемы смесителя на транзисторе можно получить коэффициент преобразования примерно 6-10 дБ.

Как отмечалось [53], смесители на однозатворных и двухзатворных ПТШ имеют близкие коэффициенты шума и преобразования. Нелинейный режим работы смесителя обеспечивается выбором рабочей точки, близкой к оюечке тока. При этом крутизна S будет существенно нелинейной. При разработке линейных усилителей требуется постоянство коэффициента усиления и соответственно крутизны. Поэтому условия работы смесителя существенно отличаются от режима работы усщштеля. Для простоты рассмотрим только вопросы анализа смесителей на однозатворных транзисторах. Различные варианты включения транзистора в схему смесителя показаны на рис. 13.27. Выходом по промежуточной частоте обычно является сток транзистора. Ток стока может быть записан как ,

с о---" +------+ =

ди ди-" 2!

= i„ +Su+---+

ди V.

(13.56)

Если выходное напряжение (затвор - исток) представляет собой сумму сигналов гетеродина и сигнала на входе:

к = Uj cos (.of + и„ cos , (13.57)

Выход сигиапа промежуточной частоты

Вход \ "

сигиапа - Входо-

сигнапа гетеродина

Выход сигнала Промежуточной частоты

Вход l r~" сигнала

Вход сигнала гетеродина

Вход сигнала

ffff <j Выход сигнала

o-*j I промежуточной

р частоты Вход сигнала

J Выход сигнала сигнала j промежуточной

частоты

ВхоГ сигнала гетеродина а ,„j

р Выход сигнала Вход \промежуточной ,рчппп°~*¥- частоты

сигнала

Выход сигнала гетеродина

Рис. 13.27. Способы включения однозатворных (а) и двухзатворных (б) GaAs ПТШ

в схемах смесителей

то ток стока определяется следующим образом.

г „ +Su+ - (ucosLot +и„ coscjf). (13.58)

Составляющая тока промежуточной частоты имеет вид

dS 1

г =--cos(wo - w)f,

ди„ 2

а крутизна преобразования

д/ (0j) dS

S„„=- =--. (13.59)

Данная величина может быть оптимизирована с учетом мощности сигнала гетеродина и выбора рабочей точки вблизи отсечки:

про- S/3. (13.60)

Для нахождения максимального значения коэффициента преобразования вначале рассмотрим максимально возможный коэффициент усиления. В этом случае необходимо определить номинальную моцщость генератора P,.q а максимальную мощность на выходе транзистора :

и"

(13.62)

Максимальное значение входного напряжения на емкости затвор-исток

(13.63)

Исходя из этого можно найти максимально возможный коэффициент усиления:

S /ги

уо--:--(13-64)

Аналогичный анализ можно провести и для определения коэффициента преобразования. Вход транзистора согласуется на максимум входного сигнала на емкости затвор-исток, а выход - на максимум составляющей тока стока промежуточной частоты. В этом случае достижимый коэффициент преобразования определяется как

Р(и>,) il (..о,) AR "V=-rT-=~,- /си-Т. (13.65)

и=--, (13.66)