Генераторы СВЧ на GaAs ПТШ

           В отличие от диодов Ганна, туннельного диода, в транзисторном генераторе необходимо создание положительной обратной связи. В генераторах используется участок с дифференциальной отрицательной проводимостью. Рассмотрим генераторы с фиксированной частотой генерации на транзисторах. (В перестраиваемых генераторах – электронная перестройка посредством варикапов).

Для анализа используются следующие допущения:

4. Уровень мощности основной частоты >> мощности гармонических составляющих.

5. Используется допущение о форме сигнала – сигнал считается синусоидальным.

6. Пренебрегаем паразитными реактивными элементами.

7. Используется упрощенная схемная модель ПТШ с одним нелинейным элементом ( ).

           Граничная частота генерации:

            (частота, при которой ).

           Максимальная частота генерации:

            (частота, при которой однонаправленный коэффициент усиления  > 1).

Кроме того, необходимо учитывать распределенный характер затвора:

                                                                   (*)

т.е.  является функцией среднего квадратического напряжения на емкости

            – крутизна ПТШ в режиме малого сигнала.

           можно рассчитать, если предположить, что  изменяется в зависимости от по тому же закону, по которому она изменяется в зависимости от постоянного напряжения на затворе , тогда . Из (*) следует, что

 – напряжение отсечки,  – постоянное напряжение на стоке,  – напряженность электрического поля, при котором наступает насыщение  носителей,  – напряженность электрического поля в канале ПТШ.

           Мощность, выделяемая в нагрузке :

 – напряжение на нагрузке

Автогенератор с общим истоком может содержать как распределенные, так и сосредоточенные элементы.  может быть, например, разомкнутый емкостной шлейф.

– стандартное волновое сопротивление тракта

– условие генерации

 – необходимое условие для устойчивости автоколебаний.

 – полное сопротивление согласующей цепи и волновое сопротивление тракта.

Отрицательная выходная проводимость создается с помощью  и .

Матрица проводимости схемы:

где .

           Соотношение между  и  для обеспечения условия генерации:

           .

           Мощные генераторы содержат до 10 параллельно включенных затворов (транзисторов).

            –

максимально возможный коэффициент однонаправленного усиления – при нейтрализованной внутренней обратной связи и комплексно-сопряженном согласованием по входу и по выходу.

           Структурная схема генератора на ПТШ:

           Порядок анализа генераторов на транзисторах:

5. Определение малосигнальных параметров схемной модели транзисторов в рабочей области напряжения питания

6. Определение  и , необходимые для получения требуемого значения ;

7. Синтез согласующих цепей;

8. Определение выходной мощности с учетом нагрузки на частоте генерации.

9. Оптимизация нагрузок автогенератора (зависимость  имеет экстремум) под. заданные значения  и  (к.п.д.).

Интерес представляют схемы без согласующих элементов на выходе – нагрузкой является стандартная линия.

Зависимость малосигнальных параметров схемной модели от электрического режима: