5 пропускает частоту накачки. Основными способами настройки холостого и сигнального контуров являютсн подбор напряжения смещения на диоде и подстройка частоты накачки для получения разностной частоты, равной резонансной частоте холостого контура.

6.4. Усилители на туннельных диодах

Туннельные диоды

Туннельным называют диод, обладающий туннельным эффектом и вольт-амперной характеристикой с падающим участком (рис. 6.18). Отрицательная проводимость, образующаяся на падающем участке, позволяет регенерировать связанный с ней контур и использовать ТД как активный элемент в усилителях, преобразователях и маломощных генераторах СВЧ, вплоть до миллиметрового диапазона.

УТД отличаются экономичностью, малыми габаритами и массой, возможностью микроминиатюризации, малыми шумами (см. табл. 6.1). На частотах выше 3 ГГц Ulyj всего на I....2 дБ меньше, чем у обычного смесителя, причем малошумящие смесители на ДБШ имеют такие же шумы, как УТД. УТД не превосходит по шумовым свойствам транзисторные усилители и уступает им по другим параметрам. Недостатком УТД является наименьшая мощ,-ность насыщения (0,1 мкВт) и наименьшая устойчивость к перегрузкам СВЧ мощностью, заставляющая усложнять схему защиты входа приемника.

Область применения УТД: приемники прямого усиления, предварительное усиление в супергетеродине, широкополосное усиление и т. д. ТД характеризуется следующими основными параметрами: отрицательным сопротивлением на падающем участке характеристики (при малых напряжениях), дифференциальным сопротивлением электронно-дырочного перехода = du/di u/i; сопротивлением потерь диода R. емкостью электронно-дырочного перехода Сп; собственной индуктивностью корпуса диода и вводов L; емкостью корпуса диода С^; шумовой постоянной днода Л^щ = qIoRj2kT 20IoR (/о - ток в рабочей точке); , предельной частотой, на которой действительная часть входного сопротивления обращается в нуль (на частоте выше / усиленней генерация невозможны, так как активное сопротивление диода всегда положительно):

/пр = Кад->/2я;? С„; (6.24)

резонансной частотой, на которой обращается в нуль реактивная составляющая входного сопротивления

6.19. Эквивалентная схема ТД

ход

ш иг из 5

Рис, 6.20. Схема включения УтД с двумя (а) и тремя (б) циркуляторами

Таблица 6.8. Основные данные некоторых туннельных диодов

Примечание: 1. / -пиковый ток. С/ - напряжение пика, - ток впадины;

2. - емкость перехода, ip-индуктивность корпуса. Z. - индуктивность ввода;

свч и max ~ ьно допустимая рассеиваемая импульсная СВЧ мощность диода.

у современных ТД порядка 40.. 100 Ом, = 1,5 ... 7 Ом; С„ =

= 0,2... 2 пФ; С^ = 0,3...0,5 пФ; Lg <: 0,05 ... 0,3 нГн; iV, = l,4 для германия и 2,4 -для арсенида галлия; 0,8 - для антнмонида галлия.

Основные параметры нескольких типов ТД указаны в табл. 6.8. Эквивалентная схема ТД показана на рис. 6.19.

Схемы включения и основные соотношения УТД

УТД [79, 98] являются усилителями регенеративного типа, поэтому их включают в схему приемного тракта через один (рис. 6.2) или несколько (рис. 6.20) циркуляторов. В последних случаях образуются уже четырех-или пятиплечные циркуляторы, обеспечивающие лучшую развязку между входом и выходом. Поскольку УТД является потенциально неустойчивой системой и может генерировать на различных частотах, в его схему вводят стабилизирующую цепь, состоящую из резистора R. н контура L С^., уменьшающего влияние на рабочей частоте. Вне полосы рабочих частот Rf. шунтирует контур и повышает устойчивость УТД. На рнс. 6.21 приведена эквивалентная схема УТД с идеальным циркулятором, схемой стабилизации и настройки усилителя.

Резонансный коэффициент усиления такой схемы может быть вычислен по следующей формуле:

(6.25)

где Уо - волновая проводимость линии передачи, пересчитанная через согласующий трансформатор усилителя к входным зажимам ТД и при согласовании равная проводимости контура Од = 1/{R- R).

Коэффициент усиления можно рассчитать н через а = G/y - параметр регенерации

Кр = (I -f a)V(I - а)К

(6.26)

Зависимость Кр от а показана на рис. 6.14. Для получения устойчивого режима, как и в ППУ, нужно ограничиваться значением а = 0,7..,0,8, поэтому устойчивое усиление возможно до 16... 18 дБ.

Ширину полосы усиливаемых частот при Кр > 1 вычисляют по формуле

П = Од/яС„ у Кр. (6.27)

УТД имеют относительную ширину усиливаемых частот порядка 6..7 %.

Рис. 6.21. Эквивалеитиая схема УТД с идеальным циркулятором и цепями стабилизации (Лсх' ст ст) и настройки

Рис. 6.22. Коаксиальная конструкция УТД в дециметровом диапазоне