Мощные высокочастотные транзисторы (стр. 17 )

Рис. 3.11. Области оптималь­ных сопротивлений для zг. экв при разных значениях zн. экв на частотах, больших w(2w)

Рис. 3.12. Области оптималь­ных сопротивлений гн. экв при разных значениях Рвых (Рвых1 >Р вых2 > р Вых3)

Ответим на вопрос: как находится необходимая пара значений Zг. экв и Zн, кэв или (как будет показано далее) как осуществляется фиксированная настройка согласующего устройства? Как правило, эта настройка определяется при разработке транзисторов путем экс­периментального подбора сопротивлений для партии. Вначале настраиваются на получение наибольшего зна­чения Кур. Далее с помощью анализатора спектра производится настройка на заданный уровень значений М3. Если транзисторы обладают достаточными запаса­ли по параметрам, то двумя-тремя пробами удается подобрать такую настройку входной и выходной цепей, при которой основная масса из партии транзисторов окажется годной по установленным нормам. Вслед за этим полученная настройка фиксируется, и в дальней­шем именно она используется для измерения энерге­тических параметров при производстве.

3.7. СОГЛАСУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Как уже было сказано, понятие согласования не может быть применимо при описании работы мощного ВЧ транзистора. Однако при дальнейшем рассмотрении мы будем продолжать называть (как это принято в ли­тературе) соответствующее устройство согласующим, хотя правильнее было бы называть его трансформато­ром сопротивлений. Остановимся коротко на различных вариантах согласующих устройств [32], наиболее рас­пространенные примеры которых приведены на рис. 3.13. По вариантам включения элементов разли­чают Г, Т и П-образные схемы согласующих устройств.

В процессе производства, где энергетические пара­метры измеряются в определенном выбранном устрой­стве при фиксированной настройке не имеет значения, какой из вариантов устройства используется в измери­тельной установке. Однако, когда предстоит выбрать схему согласующего устройства (например, при раз­работке нового типа транзистора), правильное решение вопроса помогает быстро провести оптимальную на­стройку.

Выбор варианта согласующего устройства в первую очередь зависит от того, по какому параметру имеются наименьшие запасы у измеряемого типа транзистора. Даже если каждая из указанных схем может обеспе­чить одинаковые значения Zг. Экв и Zн. экв, условия рабо­ты по высшим гармоникам обязательно будут различ­ны, что может повлиять на результаты измерений.

В измерительных схемах на рис. 3.13,а и б сопро­тивления на входе транзистора для высших гармоник (если эти схемы используются только в коллекторной Цепи) будут большими по сравнению со схемой на tpac. 3.13,e и, следовательно, форма тока будет близка к синусоидальной при несинусоидальном напряжении.

Рис. 3.13. Согласующие устройства:

а — измерительная схема с Т-образным входным и Г-образным вы­ходным согласующими устройствами; б — измерительная схема с П-образным входным и Т-образным выходным согласующими уст­ройствами; 8 — измерительная схема с Т-образным входным и П-об­разным выходным согласующими устройствами

Для схемы на рис. 3.13,в положение будет обратным. С этой точки зрения для выявления лучших линейных свойств транзистора целесообразно использовать на входе Т-образную схему, так как она позволяет полу­чить более близкую к синусоидальной форму входного тока, а на выходе — П-образную, обеспечивающую бо­лее близкую к синусоидальной форму выходного напря­жения. Помимо этого основного фактора обычно учитываются и другие особенности согласующих схем. Так, когда необходимо производить настройку, выбор схемы может определяться удобством поиска оптимальной настройки.

Для оценки различных согласующих устройств с этой точки зрения построим графическое изображение зависимости эквивалентного сопротивления каждого со­гласующего устройства от изменения емкости одного из переменных конденсаторов при постоянной емкости дру­гого и при нагрузке RH (на входе или выходе согла­сующего устройства в зависимости от места его вклю­чения по отношению к транзистору). Построенные таким образом регулировочные кривые для разных типов схем показаны на рис. 3.14 — 3.16.

Рис. 3.14. Зависимость сопро­тивления 2ЭКВ от емкостей кон­денсаторов С1 и С2 для Т-об­разной схемы

Рис. 3.15. Зависимость сопротив­ления 2ЭКВ от емкостей конденса­торов С1 и С2 для Г-образной схемы

Очевидно, что наиболее удобным следует считать семейство регулировочных кривых, которые распола­гаются параллельно осям мнимых и действительных значений. При этом изменение емкости каждого пере­менного конденсатора по отдельности позволяет неза­висимо изменять активную и реактивную составляю­щие и, следовательно, быстрее найти необходимое со­противление.

Рис 3.16. Зависимость сопротивле­ния гэкв от емкостей конденсаторов С1 и С2 для П-образной схемы

В наибольшей степени к такому виду приолижаются харак­теристики Г-образной схемы (см. рис. 3.15). Практическое ее удоб­ство заключается в том, что выбор актив­ной составляющей со­противления достига­ется изменением емко­сти только одного кон­денсатора С1. С по­мощью емкости второ­го С2 подбирается только суммарная ре­активная составляю­щая сопротивления. В этом смысле Т-об­разная схема не обла­дает необходимым ка­чеством.

Как следует из ре­гулировочных кривых, при изменении каждо­го из переменных кон­денсаторов изменяют­ся одновременно активная и реактивная составляющие сопротивления. Наи­худшей для настройки является П-образная схема, так как ее регулировочные кривые в некоторой области име­ют вид расходящегося пучка (заштрихованная часть на рис. 3.16). Таким образом, наиболее предпочтительна с точки зрения быстроты нахождения оптимального со­противления Г-образная схема.

Рассмотрим еще один фактор, также имеющий су­щественное значение при выборе согласующего устрой­ства. Очень часто для получения необходимого сопро­тивления требуется включение в согласующее устрой­ство конденсаторов больших номиналов. Реальные же постоянные и переменные конденсаторы обладают собственной индуктивностью. Если частота измерений ве­лика, то индуктивное сопротивление конденсаторов мо­жет стать сравнимым с емкостным.

Расчет показывает, что Т-образная схема согласую­щего устройства позволяет получить одни и те же эквивалентные сопротивления с меньшими номинала­ми конденсаторов, нежели Г-образная схема. С этой точки зрения, а также учитывая остальные факторы, на низких частотах в качестве выходного согласующего устройства целесообразно использовать Г-образную схему, а на высоких — Т-образную. В качестве же входного согласующего устройства, как было указано ранее, используется обычно Т-образная схема.

3.8. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ zbx

На первый взгляд может показаться, что измере­ние входного сопротивления транзистора Z3X=R+jX является достаточно простой задачей. Действительно, обеспечив в процессе измерения энергетических пара­метров режим, при котором |Г|=0 на входе, и пред­положив известным выходное сопротивление генерато­ра Rr, можно измерить конкретные величины элемен­тов согласующего устройства и обычным способом рассчитать эквивалентное сопротивление zг. экв на вхо­де транзистора. Сопряженная ему величина и будет zbx. Однако на самом деле определение zВХ — техниче­ски сложная задача, ибо сопротивление мощных тран­зисторов достаточно мало и даже небольшие ошибки в Измерении значений элементов согласующего устрой­ства дают очень большую ошибку в определении zвх [31]. Кроме того, наличие паразитных реактивностей самих элементов и их монтажа (емкость катушки, ин-дуктивность соединительных проводов и т. д.), сопро­тивления которых определить достаточно сложно, де­лает расчетный путь практически бесперспективным. Для измерения zвх не удается использовать и выпу­скаемые в настоящее время измерители сопротивле­ний РЗ-32 и РЗ-33, а также панорамные измерители, поскольку погрешность этих установок при определе­нии zВХ мощных ВЧ транзисторов превышает сами из­меряемые значения.

На практике применяется сложный, но позволяющий Достаточно точно определять составляющие гвх, метод Замещения. Этот метод при определении гвх заключает-ся в нахождении значений элементов эквивалентного двухполюсника, замещающего в измерительной схеме испытуемый транзистор. Наиболее удобным прибором, определяющим правильность подбора такого двухпо­люсника, является индикатор падающей и отраженной волн, включенный между генератором и согласующим устройством на входе транзистора. Входное сопротив­ление измеряется следующим образом. Вначале уста­навливается режим измерений энергетических парамет­ров транзисторов в условиях согласования по входу, т. е. при |Г| =0. (Этот режим близок к режиму наилуч­шего Kур.) Затем, устанавливая вместо испытуемого транзистора двухполюсник и подбирая его элементы так, чтобы коэффициент отражения [Г] был близок к нулю, определяют сопротивление двухполюсника, кото­рое равно zBX (zВх=R±jX). Основные трудности описы­ваемого метода заключаются в подборе и определении значений элементов.

Рассмотрим вначале конструкцию двухполюсника. Активная составляющая R должна иметь возможно ма­лые паразитные индуктивности, поэтому целесообразно резистивные сопротивления изготавливать на плате пу­тем напыления. Размеры таких напыленных сопротив­лений не превышают, как правило, десятых долей мил­лиметра, и их индуктивность пренебрежимо мала. Поскольку реактивная составляющая входного сопро­тивления может иметь разный знак, то и двухполюсник должен быть выполнен так, чтобы имелась возможность получать как +jX, так и — jX. В связи с этим реактив­ная часть двухполюсника выполняется из последова­тельно соединенных сосредоточенной индуктивности, из­готовленной в виде небольшой катушки, и конденсатора, с помощью которого изменяют знак и значение реак­тивной составляющей. Таким образом, реактивная со­ставляющая представляет собой алгебраическую сумму сопротивлений X=wL — 1/wC. Для более удобного вы­бора диапазона изменения X емкость должна состоять из суммы двух емкостей — постоянной и переменной. Перед измерениями необходимо снять регулировочный график, подобный показанному на рис. 3.17. Для этого следует знать суммарное значение toL, которое склады­вается из постоянной сосредоточенной индуктивности и паразитных индуктивностей реальных элементов (кон­денсаторов, резисторов, элементов монтажа). Это значе­ние определяется из условия последовательного резонанса. Находя положение ротора переменного конденса­тора, соответствующее последовательному резонансу, из­меряют затем Срез и из условия резонанса X=Q вычис­ляют значение wL, после чего путем расчета получают регулировочный график. Само измерение гвх состоит в последовательном подборе сопротивлений R и X двух­полюсника с целью получения режима, при котором |Г|=0.