Разработка усилителей мощности СВЧ диапазона
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
аспространение ввиду ряда важных достоинств:
1.так как управление коэффициентом усиления происходит на выходе усилителя, входной аттенюатор, сам усилитель и устройство управления находятся в одной рабочей точке, что позволяет не использовать широкодиапазонные приборы.
2.в ходе работы схемы не сказываются нелинейные свойства усилителя и блока управления входным сигналом, так как схема используется только в одной рабочей точке.
.часть мощности на выходе усилителя подается на устройство управления, которое управляет коэффициентом передачи входного аттенюатора. Он, в свою очередь изменяет уровень входного сигнала. Таким образом, на выходе усилителя происходит высокостабильное поддержание необходимого уровня мощности.
Наряду с вышеперечисленными достоинствами данная схема имеет очевидный недостаток. Так как управление коэффициентом усиления происходит в выходном аттенюаторе, есть вероятность получения недостаточной мощности на выходе прибора. Если увеличить мощность на выходе усилителя, есть большая вероятность выйти за пределы допустимой мощности работы выходного аттенюатора. На данном этапе исследований эта проблема так и не устранена, однако ввиду остальных достоинств такая схема употребляется в различных приборах наиболее часто.
1.1 Исследование устойчивости схемы
Под устойчивостью системы понимают отсутствие в ней нарастающих во времени расходящихся свободных напряжений и токов, т е отсутствие самовозбуждения. В понятие устойчивость усилителя обычно вкладывается смысл стабильности его характеристик при различных дестабилизирующих факторах. Обеспечение устойчивости в диапазоне СВЧ представляет проблему значительно более серьезную, чем на низких частотах. Это обусловлено тем, что значения паразитных параметров при переходе к СВЧ диапазону не могут быть уменьшены пропорционально длине волны из-за физических и технологических ограничений и их влияние в этом диапазоне относительно увеличивается. Это относится и к пассивным цепям, нагружающим полупроводниковый прибор, поскольку нагрузки являются обычно частотно зависимыми и не всегда строго детерминированными. На СВЧ, наконец, значительно увеличивается абсолютный диапазон частот, в котором должна обеспечиваться устойчивость.
В отличие от традиционных усилителей (например, резонансных усилителей высокой частоты), в которых самовозбуждение обычно происходит в рабочем диапазоне частот, в усилителях СВЧ оно чаще всего возникает вне рабочего диапазона. Поскольку устойчивость СВЧ полупроводниковых приборов в значительной степени определяется паразитными элементами, пренебрежение ими в моделях некорректно, а исследование устойчивости представляет собой сложную вычислительную задачу.
Основной метод теории устойчивости заключается в исследовании с помощью определенных критериев моделей, представляющих с большей или меньшей достоверностью реальные устройства. Однако, поскольку нашей задачей является исследование устойчивости реального устройства, а не его модели, обязателен анализ корректности модели, т е определение степени ее соответствия реальному устройству.
Прослеживается прямая связь отдельных этапов исследования устойчивости: требования теории, выраженные в форме критериев устойчивости, определяют вид модели (структурная, бесструктурная, физическая, экспериментальная) и требовании к точности ее параметров и, следовательно, к экспериментальной методике. При формулировании требований теории приходится учитывать и экспериментальные возможности здесь имеется следующая (назовем е обратной) связь: экспериментальные исследования позволят представить реальное устройство в виде определенной модели в определенном диапазоне частот, с определенной точностью; устойчивость модели, описанной таким образом, может быть исследована с помощью того или иного критерия; таким образом, модель обуславливает выбор критерия устойчивости.
Ниже перечислены основные критерии устойчивости, наиболее часто применяемые на практике.
Непосредственное определение корней характеристических уравнений обычно производят только в случае простейших схем, приводящих к дифференциальным уравнениям не выше второго порядка. Применение компьютерных методов обработки позволяет анализировать устойчивость систем значительно более высоко порядка.
Устойчивость сложных моделей обычно приходится описывать дифференциальными уравнениями выше второго порядка. Непосредственное вычисление корней характеристических уравнений, соответствующих таким дифференциальным уравнениям громоздко, и для их анализа используют различные критерии устойчивости.
К критериям, имеющим большую информативность, т. е. позволяющим выделить область устойчивости тех или иных параметров системы, относятся прежде всего алгебраические критерии. Большую информативность в указанном смысле имеет также метод D-разбиений, предложенный Неймарком. Данный критерий предлагает рассматривать устойчивость при изменении одного или нескольких параметров системы, что в свою очередь ведет к изменению ее характеристического уравнения. Приведем характеристическое уравнение замкнутой САУ к виду:
(1.1)
где = a0 /a0 = 1, = a1 /a0 и т.д. При некоторых конкретных значениях тАж. уравнение имеет единственное решение, то есть единственный набор корней (p1 , p2 ,...,pn ). По их расположению на комплексной плоскости можно судить об устойчивости САУ при заданн