Схемотехническое проектирование и моделирование СВЧ генератора с внутренней обратной связью на биполярном транзисторе

• Автор: Фартушнов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.12.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 181 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Г лава 1. Общие вопросы моделирования электродинамических систем СВЧ транзисторных генераторов
1.1. Сравнение электродинамических систем СВЧ генераторов на
биполярном транзисторе и амплитроне
1.2. Особенности моделирования низкочастотных генераторов на
биполярном транзисторе
1.3. Метод эквивалентных двухполюсников в применении к
моделированию СВЧ транзисторных генераторов
1.4. Выводы
Глава 2. Модель биполярного транзистора для схемотехнического
проектирования СВЧ транзисторного генератора
2Л. Выбор модели биполярного транзистора
2.2. Модернизированная кусочно-линейная модель транзистора
2.3. Учет наличия резистора автосмещения в модели транзистора
2.4. Алгоритм расчета электрических параметров каскада на биполярном транзисторе
2.5. Анализ влияния значений параметров схемы эмиттерной цепи на электрические характеристики транзистора
2.6. Выводы
Глава 3. Моделирование и расчет параметров свч генератора с внутренней
обратной связью
3.1. Исходные положения моделирования СВЧ генератора с внутренней обратной связью
3.2. Анализ условий обеспечения стационарного режима генератора
3.3. Анализ электрических параметров транзистора в схеме генератора с внутренней обратной связью
3.4. Обеспечение устойчивости транзисторного генератора с внутренней обратной связью
3.5. Зависимость емкости коллекторного перехода от ВЧ режима
транзистора и условие устойчивости генератора
3.6. Определение параметров электродинамической системы генератора
с внутренней обратной связью
3.7. Заключение
Глава 4. Разработка методики схемотехнического проектирования
генератора с внутренней обратной связью и его программного обеспечения
4.1. Схема алгоритма проектирования генератора
4.2. Описание программы проектирования СВЧ генератора
4.3. Методика проектирования СВЧ в диалоге с ЭВМ
4.4. Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованных источников
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Генераторы как на биполярном, так и на полевом транзисторах нашли широкое применение в современной радиоэлектронной аппаратуре. Они могут входить в состав как интегральных схем, так и гибридных устройств (или модулей), в которых транзисторы являются самостоятельными элементами. В связи с разработкой в настоящее время транзисторов достаточно высокого уровня мощности, транзисторные генераторы используются не только в качестве задающих каскадов гибридных устройств, но и создаются устройства, выполненные на базе отдельного мощного прибора.
Создание транзисторных генераторов в настоящее время проводится по следующим основным направлениям:
- обеспечение большого уровня мощности с высокими энергетическими параметрами (на фиксированной частоте);
- обеспечение перестройки генерируемой частоты;
- обеспечение заданной структуры спектра выходного сигнала.
Схемотехническое проектирование транзисторных генераторов, как и других устройств радиоэлектроники, проводится на этапах разработки, предшествующих конструктивно-технологической реализации
экспериментальных образцов. Оно предполагает, как правило, решение двух задач:
- определение условий сопряжения в выбранную схему построения отдельных, ранее созданных элементов, при котором должны достигаться заданные параметры генератора;
- определение значений параметров элементов генератора, которые должны вновь создаваться, если ранее разработанные элементы не соответствуют необходимым требованиям.
Разработка устройств высокого уровня мощности на полупроводниковых приборах обычно ведется с использованием ранее созданной элементной базы, в

том числе и транзисторов. В таком случае основными задачами схемотехнического проектирования СВЧ транзисторных генераторов являются определение электрического режима выбранного типа транзистора, обеспечивающего задаваемые выходные характеристики генератора, и оценка возможности работы прибора в этом режиме, а также определение геометрических параметров отрезков микрополосковых линий цепей электродинамической системы, т.е. ее топологии. Отдельным вопросом при создании СВЧ генераторов, особенно обеспечивающих высокую стабильность или перестройку частоты, является проектирование резонаторной системы. Исходные требования для этого проектирования вырабатываются в результате схемотехнического проектирования генератора.
Успешное проведение схемотехнического проектирования генераторов на биполярном транзисторе во многом зависит от соответствующей теоретической базы, формирующей модель этого устройства, основой которой является комплекс представлений относительно транзистора и электродинамической системы генератора. В состав этой системы входят не только линейные цепи связи, резонатор, нагрузка, но и транзистор. Модель транзистора должна учитывать происходящие в нем основные нелинейные явления, определяющие принцип работы генератора.
К настоящему времени создана весьма фундаментальная база в обеспечение проектирования генераторов низкочастотного и высокочастотного диапазонов на биполярном транзисторе [1-5]. Эти генераторы построены, как правило, по трехточечной схеме, цепи которой состоят из элементов с сосредоточенными параметрами. Естественно, что модельные представления таких транзисторных генераторов являлись развитием представлений, созданных в применении к генераторам на триодах [6, 7].
Существующие модельные представления генераторов СВЧ диапазона на биполярном транзисторе далеко не в полной мере удовлетворяют потребностям проектирования. В некоторых из упомянутых выше работ приводятся лишь рекомендации общего характера, которые следуют из

(2.2.6)
- ит - амплитуда переменного напряжения на коллекторном переходе;
- <р.к - фаза сопротивления нагрузки на частоте первой гармоники;
- С.0э - величина диффузионной емкости эмиттерного перехода в уравнениях модели входит сомножителем в параметр
— постоянную времени переноса заряда через эмиттерный переход, значение которого не зависит от режима работы [32].
В кусочно-линейной модели работы [14] величина тока эквивалентного генератора связана с напряжением на эмиттерном переходе через параметр -крутизну перехода, характеризующий перенос носителей заряда через базовый слой
Однако в модифицированной модели крутизна перехода согласно определения этого параметра
В работе [14] эквивалентная схема транзистора лишь деталями отличается от схемы рис. 2.2.1. Это позволяет в модифицированной кусочнолинейной модели использовать уравнения кусочно-линейной модели с некоторой корректировкой, учитывающей усовершенствования исходных положений. В частности, амплитуда напряжения ит связана с амплитудой первой гармоники ВЧ эмиттерного тока 1Э], возбуждающего транзистор, соотношением
(2.2.7)