Используя формулы (И 23 и 11.24). грубо оценим величину изменения температуры AT, которая при условии Кр = 100 вызовет изменение коэффициента Кг в два раза.

Положив

р = 6

- = 0,1; 10-3 гpaд-\

у = 4 X 10-2 град dm о

= 0,3, получим для

усилителя без преобразования AT 15° С. а для

преобразователя при -

= 10; Д7<50°С. В условиях практической работы часто требуется получение малого времени восстановления работоспособности усилителя после воздействия СВЧ импульса. Потеря работоспособности усилителя после воздействия мощного импульса объясняется накоплением неосновных носителей в областях, прилежащих к РП переходу, а также импульсным разогревом диода. Время рассасывания неосновных носителей обычно не превосходит 10- сек, однако импульсный разогрев может существенно задержать восстановление работоспособности усилителя. На рис. 11.6 показаны эпюры зависимости температуры перехода, обратного тока и напряжения смещения от време-ни в схеме с токоограничивающим резистором в цепи сме-1цения. Нежелательный эффект можно исключить, уменьшив токоограничиваюпее сопротивление нли включив параллельно дноду конденсатор.

Рис. 11.6. Кривые изменения температуры перехода Т. обратного тока и напряжения смещения i/cM диода после воздействия мощного СВЧ импульса.

114 ПРИМЕНЕНИЕ ДИОДОВ С УПРАВЛЯЕМОЙ ЕМКОСТЬЮ В УМНОЖИТЕЛЯХ ЧАСТОТЫ

Для генерирования колебаний" гармоник пригодны два вида нелинейных зависимостей, присущих полупроводниковым диодам, - вольтамперная характеристика iiU) и вольтфарадная характеристика C{U). Точечные диоды с прижимным контактом обычно близки по своим характеристикам к нелинейным сопротивлениям, плоскостные диоды с резким или плавным р-п переходом (сплавные или диффузионные)- к нелинейным емкостям [31]. В настоящее время для умножения частоты используются в основном нелинейные емкости.

Существуют теоремы, определяющие максимально возможное значение коэффициента преобразования rj,, мощности сигнала основной частоты Pi в мощность сигнала п-и гармоники Р„ при использовании указанных нелинейных элементов [32 - 341.

Для положительного нелинейного сопротивления сле-Р 1

дует что = < При отрицательном нелинейном

сопротивлении (например, в случае туннельного диода) величина ri„ может превышать 1/П- за счет одновременного регенеративного усиления п-й гармоники.

Для нелинейной реактивности без потерь очевидно, что

в случае умножения частоты = 0. Это, в сущности,

запись закона сохранения энергии, что и выражают известные соотношения Менли-Роу для случая умножения частоты на нелинейной реактивности (ri„ <; 1). Ограничение на величину т],г в этом случае налагается добротностью нелинейного реактивного элемента и схемой умножителя частоты.

Возможная схема умножителя частоты последовательного типа (например, для п = 2) изображена на рис. 11.7. Схема содержит два фильтра ф1 и Фг, сопротивления которых равны нулю для всех частот, кроме «о и 2юо соответственно. В схеме параллельного типа (рис. 11.8) имеется два фильтра Ф3 и Ф4 с сопротивлениями, равными бесконечности для всех частот, кроме «о и 2о-.. Расчет умножителя частоты сводится к определению зависимости коэффициента Цп, рвч, рн и мооцюсти Рг от пэрамстроч умпожительного диода и к выбору оптимального его режима. Чаще исполь-

8В* 219

зуется схема параллельного типа, обладающая тем преимуществом, что в ней через диод протекают только два компонента тока и меньше омические потери, чем в схеме последовательного типа [35, 36].

Значительного увеличения rjn для умножителей с « > 2 достигают выбором таких схем, в которых мощность нежелательных (на выходе) гармоник преобразуется в полезную мощность нужной гармоники 37, 38].

Рис. 11.7 Схема умножителя ча стоты последовательного типа

Рис 11.8 Схема умножителя частоты параллельного типа

Параметры умножителей, работа которых основана на использовании барьерной емкости диодов с резким р-п переходом, можно определить по приближенным формулам, полученным для случая полного использования вольтфарадной характеристики от О до t/„ [38]:

Г] = е-"--/""Р; Pi = рш„ С„„„ (Фк + 6пр)2; \ 20)

JX = Л/(Оо Смнн Рн = В/(Оо Смии. j

Коэффициенты а, р, Л и В для различных умножителей частоты (в том числе и многоконтурных) приведены в табл. И.2.

Таблица 11.2