называются резонансными, поскольку ЗС в них превращается в PC. Резонансные ЛОВО имеют меньшие, чем обычные ЛОВО, значения пускового тока, больший к п. д. и на отдельных участках частотной характеристики малую крутизну перестройки. Если в ЛОВО такого типа сделать вход и создать внешнюю цепь обратной связи, то в сантиметровом диапазоне на отдельных участках рабочих частот можно получить генерацию с кратковременной нестабильностью частоты около 10 *.

Глава 10

КАСКАДЫ ПЕРЕДАТЧИКОВ

НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ

§ 10.1. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЧ

В настоящее время промежуточные и выходные каскады передающих устройств СВЧ малой и средней мощности часто выполняют на транзисторах. Достаточно развитые сейчас методы суммирования мощности позволяют создать полупроводниковые передатчики с выходной мощностью до единиц киловатт и выше в длинноволновой части СВЧ-диапазона

Особенности мощных транзисторов СВЧ. При применении мощных транзисторов в СВЧ-диапазоне возникает ряд трудностей, обусловленных физическими ограничениями на максимальные напряжения между электродами транзистора и максимальную плотность тока эмиттера. Частотные свойства усилительных транзисторов характеризуются значением максимальной частоты усиления /у ах, при превышении которой коэффициент усиления транзистора по мощности Кр в малосигнальном режиме становится меньше 3 дБ Для большинства мощных СВЧ-транзисторов эта частота близка к граничной /гр **

/,р = Уз/(2яГб), (10.1)

где Уз - скорость перемещения неосновных носителей в базе; 16 - толщина базы.

* /гр - частота, для которой выполнено условие /гр = Л Р , где р - коэффициент передачи транзистора по току в.схеме с общим эмиттером; / - частота, на которой измеряют р. При р = 1 / = /гр.

Известно, что максимальное значение Уз 10 м/с, поэтому повышение частоты fp возможно, очевидно, путем уменьшения толщины базы W. Минимальная же толщина базовой области ограничена критическим значением напряженности электрического поля Е„р, при превышении которого наступает пробой. Вводя Е„р в соотношение (10.1), получаем теоретический предел произведения максимально допустимого напряжения между коллектором и базой t/j ак на граничную частоту fp-

UK6maxf,p=E pVj{2n).

Для кремния Е„р s 2-10B/cm и, следовательно, кбтах/гр = 310* В-МГц. Очевидно, для повышения необходимо, чтобы f/кбта уменьшилось, т. е. уменьшилась бы выходная мощность транзистора.

Ограничивающим фактором является и эффект оттеснения, когда при высоких уровнях инжекции ток неосновных носителей заряда оттесняется к краю эмиттера и поэтому плотность его определяется не всей площадью эмиттера, а только ее частью, расположенной вблизи периметра. Так как существует предельное значение плотности эмиттерного тока, превышение которого ведет к разрушению прибора, эс}х})ект оттеснения ограничивает мощность транзистора.

Если же создать многоэмиттерные транзисторы, эмиттер которых выполнить в виде большого числа параллельно соединенных ячеек, то удается значительно увеличить отношение периметра эмиттера к его суммарной площади. Это в свою очередь позволяет увеличить ток, практически не увеличивая емкости переходов, и, следовательно, повысить мощность при одновременном увеличении граничной частоты.

Анализ работы транзисторных усилителей мощности (ТУМ) СВЧ. При анализе работы ТУМ используют статические характеристики транзисторов (рис. 10.1) Удобные аналитические зависимости получают путем их линейной аппроксимации (пунктир). Параметрами аппроксимированных характеристик являются крутизна 5, напряжение сдвига Е' (рис 10.1, а), а также крутизна линии критического режима 5кр. Оптимальным по выходной мощности (по коэффициенту усиления) и по к. п. д. на низких частотах является критический режим. Существенное падение усиления в этом частотном диапазоне происходит только в перенапряженном режиме В диапазоне же СВЧ, где,

как правило, рабочие частоты близки к граничной частоте транзистора /гр. усиление заметно снижается уже в недо-напряженном режиме. На рис. 10.1, б область значительного усиления по мощности ограничена слева линией А, называемой линией граничного режима. Там же изображена и линия критического режима Б. Крутизна линии граничного режима Sp меньше крутизны линии критического режима Sp и может быть оценена по формуле

гр = ISPfj/Kl

где Рвых. Вт - выходная мощность, а В - напряжение коллекторного питания транзистора в типовом режиме работы.

Рис. 10.1. Статические характеристики транзистора: / - область отсечки; 2 - активная область; 3 - область насыщения

В области высоких и сверхвысоких частот при анализе работы ТУМ приходится учитывать инерционные явления, связанные с конечным временем движения носителей, а также емкости р-п-переходов и индуктивности выводов транзисторов. В этих целях можно использовать эквивалентную схему транзистора (рис. 10.2), на которой г'а - сопротивление базы от входной клеммы прибора до активной части базы; - активная составляющая сопротивления эмиттерного перехода; - сопротивление потерь коллектора; Cs - емкость эмиттерного перехода; С^ - активная часть емкости коллекторного перехода (барьерная емкость обратносмещенного перехода); С^д - пассивная емкость коллекторного перехода (конструктивная емкость