авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Моделирование электрических характеристик свч-генераторов с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе

-- [ Страница 2 ] --

В связи с тем, что работа СВЧ-транзисторных генераторов весьма критична к нагрузке, использование методики последовательных приближений для определения зависимостей его выходных параметров от параметров нагрузки оказывается нерациональной. Поэтому для решения задачи моделирования СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе предлагается иная методика. В соответствии с ней задаваемым параметром является генерируемая частота, а определяемым – проводимость нагрузки. На базе этой методики в диссертации разработан алгоритм расчета зависимости от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора следующих параметров: проводимости нагрузок как на выходе прибора, так и на выходе генератора, а также модуля коэффициента отражения внешней нагрузки, при которых обеспечивается работа устройства с задаваемой частотой, и выходной мощности.

 Расчетные зависимости активной (а)-12

Рис. 4. Расчетные зависимости активной (а) и реактивной (б) проводимости нагрузки на выходе генератора, а также его выходной мощности (в)

от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода

транзистора, при котором обеспечивается работа устройства, для ряда значений генерируемой частоты

(1 - f = 0,996 ГГц, 2 - f = 0,998 ГГц, 3 - f = 1,0 ГГц, 4 – f = 1,002 ГГц, 5 – f = 1,004 ГГц)

На рис. 4-5 приведены результаты расчета при величине добротности колебательной системы, равной 185, и топологии выходного трансформа-тора связи, обеспечивающим согласование выхода генератора с внешним ВЧ трактом на частоте 1 ГГц. Значения компонент проводимости нагрузки на выходе генератора отнесены к значению волновой проводимости выходного ВЧ тракта (0,02 См). Данные на рис.4 дают информацию о возможных комбинациях параметров, при которых может работать генератор. Конкретная комбинация этих параметров определяется величиной модуля коэффициента отражения нагрузки на выходе генератора, что иллюстрируется построением на рис.5.

С этой целью на рис.5 проведена пунктиром горизонтальная прямая, соответствующая фиксированному значению модуля коэффициента отражения нагрузки Го. Она пересекает кривую зависимости для частоты 1 ГГц в двух точках и только касается таких кривых для частот 0,998 и 1,002 ГГц. Это значит, что при изменении фазы коэффициента отражения нагрузки с модулем Го изменяются амплитуда напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора и генерируемая частота (в интервалах Uom1 – Uom2 и 0,998 – 1,002 ГГц соответственно). При этом изменение фазы коэффициента отражения может происходить в ограниченном интервале. На частоте 1 ГГц транзистор работает при двух величинах амплитуды эмиттерного перехода, а генератор – при двух значениях фазы коэффициента отражения. Знание величин амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора с использованием данных рис.4в позволяет определить изменение выходной мощности генератора при изменении фазы коэффициента отражения.

 Расчетные зависимости модуля -13

Рис.5. Расчетные зависимости модуля

коэффициента отражения нагрузки на выходе генератора

от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода

транзистора, при котором обеспечивается работа устройства, для ряда значений генерируемой частоты (1 – f = 0,996 ГГц, 2 – f = 0,998 ГГц, 3 - f = 1,0 ГГц, 4 – f = 1,002 ГГц, 5 - f = 1,004 ГГц)

Анализ построений на рис.5 позволяет сделать вывод, что при увеличении модуля коэффициента отражения нагрузки происходит увеличение интервала изменения генерируемой частоты при изменении фазы этого коэффициента, а при отсутствии согласования выхода генератора с внешним ВЧ трактом работа устройства на нагрузку с модулем коэффициента отражения, равным нулю, не всегда возможна.

 Расчетные зависимости модуля-14

Рис.6. Расчетные зависимости модуля коэффициента

отражения нагрузки, при котором может работать

генератор на фиксированных частотах, от амплитуды

напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора

при добротности колебательной системы, равной 92,5

На рис.6 приведены расчетные зависимости модуля коэффициента отражения нагрузки от амплитуды напряжения открытого эмиттерного перехода транзистора, при которых он работает в составе генератора при добротности колебательной системы, равной 92,5. Как видно из сравнения с данными рис.5, при фиксированном модуле коэффициента отражения нагрузки (величина Го на рис. 5 и 7 одинакова) уменьшение добротности колебательной системы приводит к увеличению интервала изменения генерируемой частоты при изменении фазы коэффициента отражения.

В третьей главе решаются вопросы моделирования электрических характеристик СВЧ-генератора на биполярном транзисторе с перестройкой частоты при использовании нелинейной модели этого прибора. В ней предложен поэтапный подход к решению этой задачи, Такой подход, развиваемый в предположении использования в генераторе варакторной перестройки частоты, реализуется по следующему алгоритму.

На первом этапе с применением методики моделирования номинального режима генератора при заданной величине напряжения источника постоянного питания на одной из частот диапазона перестройки определяется величина проводимости колебательной системы, при которой обеспечивается требуемый уровень выходной мощности и которая используется для определения состава и значений параметров элементов этой системы. Затем при выбранном соответствии между величинами емкости варактора и частоты рассчитывается частотная зависимость проводимости колебательной системы в диапазоне перестройки, а также оценивается возможность практической реализации конструкции этой системы. На последующих этапах с использованием рассчитанной частотной зависимости проводимости колебательной системы и математической модели транзистора рассчитывается частотная зависимость проводимости цепи на выходе этого прибора, по которой определяется топология выходного трансформатора связи. По полученным результатам на последнем этапе определяется ширина диапазона перестройки частоты, изменение выходной мощности в этом диапазоне и зависимость генерируемой частоты от напряжения, подводимого к варактору. С целью увеличения диапазона перестройки возможна корректировка ранее выбранного соответствия между емкостью варактора и частотой.

Рис.7. Выбранное соответствие между величинами емкости варактора

и частоты при расчете колебательной системы генератора

Предложенный подход к моделированию электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты в диссертации иллюстрируется при предположении использования колебательной системы, которая представляет собой параллельное соединение короткозамкнутого отрезка МПЛ, варактора и резистора. Такое построение колебательной системы и значения параметров ее элементов определены по результатам расчета ее проводимости на частоте 1 ГГц. При принятом соответствии между величинами емкости варактора и частоты, представленном на рис.7, частотные зависимости активной и реактивной проводимости колебательной системы имеют вид, показанный на рис.8. На рис. 9 и 10 приведены результаты расчета частотных зависимостей компонент проводимости цепи на выходе транзистора, а также изменения выходной мощности генератора и постоянного тока транзистора в диапазоне перестройки.

Рис.8. Результаты расчета частотных зависимостей

активной (а) и реактивной (б) проводимостей

колебательной системы

Рис.9. Результаты расчета частотных зависимостей

активной (а) и реактивной (б) проводимостей цепи

на выходе транзистора

Рис.10. Результаты расчета частотных зависимостей выходной

мощности генератора и постоянного эмиттерного тока

транзистора в диапазоне перестройки

Рис.11. Экспериментальный образец СВЧ- транзиторного генератора

 Сравнение результатов расчета-20

Рис.12. Сравнение результатов расчета зависимостей

от питающего напряжения генерируемой частоты (а),

выходной мощности генератора (б) и постоянного эмиттерного тока транзистора (в) с экспериментальными данными

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке результатов расчета зависимости электрических параметров СВЧ-генератора от напря-жения источника постоянного питания. Экспериментальные данные получены на макете генератора, представленного на рис. 11. Он построен на биполярном транзисторе типа 2Т948Б и работает на частоте 2 ГГц. В диссертации дается описание конструкции макета и методика измерения его электрических параметров.

С учетом различия генерируемых частот и использованных в экспе-рименте и моделировании типов транзистора на базе данных изменений проводится проверка качественного соответствия результатов расчета и эксперимента. Для такой оценки данные расчета и эксперимента представляются в отношении к значениям соответствующих параметров в номинальном режиме сравниваемых генераторов. Результаты сравнения приведены на рис.12. Как видно, расчетные зависимости электрических параметров СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе от напряжения источника постоянного питания правильно передают характер экспериментальных зависимостей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Построена модель СВЧ-транзисторного генератора с внутренней обратной связью, позволяющая проводить расчет и анализ его электрических характеристик. В ее основу положена эквивалентная схема, в которой генератор представляется в виде параллельно соединенных активного и пассивного двухполюсников. Моделирование электрических характеристик генератора обеспечивается введением в систему используемых уравнений соотношений, отражающих частотные свойства колебательной системы и зависимость проводимости цепи на выходе транзистора от параметров внешней нагрузки.

В качестве объекта моделирования выбран СВЧ-генератор с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, работающем в недонапряженном режиме с отсечкой тока. Моделирование проводится с использованием кусочно-квазилинейной модели биполярного транзистора, отражающей основные его нелинейные свойства при работе в этом режиме.

2. Разработан алгоритм расчета электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе, построенный на базе методики последовательных приближений. С его использованием проведен анализ зависимости генерируемой частоты и выходной мощности генератора от питающего напряжения. Показано, что величина электронного смещения частоты уменьшается при увеличении добротности колебательной системы, а от значения добротности практически не зависит выходная мощность генератора.

3. Предложена методика расчета электрических характеристик СВЧ- транзисторного генератора с внутренней обратной связью, в котором определяемым является один из параметров электрического режима генератора, а задаваемым параметром – генерируемая частота. Он показал свою эффективность при анализе зависимости работы генератора от параметров нагрузки.

4. Разработан алгоритм расчета зависимости значений выходной мощности и генерируемой частоты от модуля коэффициента отражения нагрузки на выходе генератора при заданной топологии выходного трансформатора связи. Проведенный с его использованием анализ показал, что от топологии этого трансформатора зависит величина модуля коэффициента отражения нагрузки, меньше которого не всегда возможна работа генератора, а при увеличении модуля коэффициента отражения увеличивается интервал изменения генерируемой частоты при изменении фазы этого коэффициента. Также показано, что интервал этого изменения генерируемой частоты уменьшается при увеличении добротности колебательной системы.

5. Предложена методика моделирования электрических характеристик СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты на базе нелинейной модели прибора, при которой на первых этапах определяются структура и значения параметров элементов колебательной системы и оценивается возможность ее практической реализации. Разработан алгоритм расчета генератора с варакторной перестройкой частоты, построенного на биполярном транзисторе. Алгоритм предполагает использование задаваемого соответствия между величинами емкости варактора и частоты, которое может корректироваться в процессе расчета, в частности с целью увеличения диапазона перестройки.

6. Проведено моделирование электрических характеристик СВЧ-генера-тора на биполярном транзисторе с варакторной перестройкой частоты. В результате моделирования определяются диапазон перестройки частоты, частотные зависимости проводимости колебательной системы и проводи- мости цепи на выходе транзистора, при которых обеспечивается перестройка частоты в этом диапазоне, а также зависимость выходной мощности в диапазоне перестройки.

7. Представлены результаты измерений зависимостей генерируемой частоты, выходной мощности и постоянного эмиттерного тока биполярного транзистора от питающего напряжения, полученные на экспериментальном макете СВЧ-генератора с внутренней обратной связью. Их сравнение с результатами расчета показало, что моделирование правильно передает ход экспериментальных зависимостей. Это позволяет рекомендовать выработанные методики и алгоритмы моделирования электрических характеристик СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе для применения при проектировании таких устройств.

Публикации по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Мазеев Е.В. Определение параметров пассивных элементов СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты / Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. №2 (45). С. 193-198.

2. Горбачев Д.М. Решение задач проектирования СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А.Фурсаев // Радиотехника. 2011. №1. С.42-46.

3. Мазеев Е.В. Анализ работы СВЧ-транзисторного генератора от питающего напряжения / Е.В. Мазеев, Б.К. Сивяков, М.А. Фурсаев // Электронная техника. Сер.1. Техника СВЧ. 2011. №2. С. 17-20.

В других изданиях

4. Мазеев Е.В. Особенности схемотехнического проектирования СВЧ- транзисторных генераторов с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2008. С. 38-41.

5. Мазеев Е.В. Алгоритмы решения задач схемотехнического проекти-рования СВЧ-генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2008. С. 12-16.

6. Мазеев Е.В. Оценка работоспособности СВЧ-транзисторных генерато-ров с учетом действия эксплуатационных факторов / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Электроника и вакуумная техники: приборы и устройства, технология и материалы: матер. науч. конф. Вып.3. Саратов, 2009. С. 126-128.

7. Мазеев Е.В. Обеспечение условий работы биполярного транзистора в составе СВЧ-генератора с внутренней обратной связью / Д.М. Горбачев, Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2009. С. 10-13.

8. Мазеев Е.В. Алгоритмы решения задач проектирования СВЧ-генератора на биполярном транзисторе / Е.В. Мазеев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2009. С. 138-141.

9. Мазеев Е.В. Анализ работы СВЧ-транзисторного генератора при изменении параметров нагрузки / Е.В. Мазеев, Б.К. Сивяков, М.А. Фурсаев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2010. С. 55-59.

10. Мазеев Е.В. Определение частотных зависимостей проводимостей пассивных элементов СВЧ-транзисторного генератора с перестройкой частоты / Е.В. Мазеев, М.А Фурсаев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Саратов, 2010. С. 72-76.

11. Мазеев Е.В. Расчет зависимости параметров СВЧ-транзисторного генератора от питающего напряжения / Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: матер. Междунар. науч.-техн. конф. Т.4. Новосибирск, 2010. С. 192-195.

12. Мазеев Е.В. Ограничение режимов работы СВЧ-транзисторного генератора, обусловленные колебательной системой / Е.В. Мазеев, М.А. Фурсаев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2010. С.17-21.

13. Мазеев Е.В. Экспериментальная проверка результатов исследования работы СВЧ-транзисторного генератора при изменении питающего напряжения / Е.В. Мазеев, В.Ю. Позняков // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2010. С. 27-30.

14. Мазеев Е.В. Расчет колебательной системы СВЧ-транзисторного генератора с варакторной перестройкой частоты / Е.В. Мазеев // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. трудов. Саратов: СГТУ, 2010. С. 31-34.



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.