Название: Элементы и устройства систем ближней локации - учебное пособие (Легкий В.Н., Галун Б.В.)

Жанр: Технические

Просмотров: 948


4.4. особенности субнаносекундных усилителей

 

В сверхширокополосных усилителях применяются специфические конструктивные и схемотехнические решения, позволяющие реализовать заданные частотные и фазовые характеристики в полосе пропускания 1-5ГГц, несмотря на влияние паразитных реактивностей элементов и конечное время распространения сигнала в них.

Индуктивные, емкостные, резистивные элементы согласующих, выравнивающих цепей и цепей нагрузок транзисторов выполняются путем напыления проводящего и резистивного материалов на СВЧ-подложку из поликора (стеклотекстолит применяется в полосе частот до100-300МГц). Это позволяет уменьшить габариты устройства для бортовых систем, а также  обеспечить устойчивость работы усилителя в широкой полосе частот за счет «стягивания» реактивностей элементов в точку. Обратная сторона подложки полностью металлизирована и припаивается к основанию (корпусу усилителя). Дискретные элементы  цепей питания и термостабилизации  несовместимы по размерам - их размещают вне ВЧ части усилителя (т. е. корпус усилителя двухсекционный, секции изолированы друг от друга). В результате предотвращается возникновение паразитных обратных межкаскадных связей по входным и выходным проводникам каскадов, а также по цепям питания.

 Транзисторы устанавливаются в углублениях корпуса усилителя, чтобы выводы были на одном уровне с напыленными элементами согласующих цепей. Чаще используют полевые транзисторы на арсениде галлия, которые крепятся винтами к корпусу для хорошего электрического и теплового контакта. Эквивалентная схема СВЧ полевого транзистора, полученная экспериментально, отражает свойства данного элемента в широкой полосе частот (рис.4.4).При машинном моделировании и расчете пикосекундных усилителей, как и СВЧ схем, используют S-параметры (параметры рассеяния), приводимые в справочной литературе и технических условиях на транзисторы. Примером СВЧ активных приборов  являются биполярные транзисторы КТ3115, КТ3232 и полевые транзисторы АП320, АП324, АП328. В отличие от элементов широкого применения транзисторы для аппаратуры оборонного назначения проходят военную приемку и материал кристалла обозначается в названии первой цифрой: германий «1Т» вместо ГТ (практически не используется из-за чрезмерной температурной нестабильности), кремний «2Т» вместо КТ, арсенид галлия «3П» вместо АП.

Усилитель на полевом транзисторе с затвором Шоттки.

Усилитель содержит четыре каскада на ПТ средней мощности типа АП602В-2 (рис.4.5). Полупроводниковые структуры средней мощности работают при токах десятки миллиампер, когда уровень дробового шума не позволяет реализовать высокую чувствительность каскада. В свою очередь быстродействие схемы  в этом режиме заметно повышается по сравнению с микротоковым режимом. Для выравнивания АЧХ используется межкаскадные согласующие цепи (ФНЧ). Биполярный транзистор КТ3123А не является сверхвысокочастотным и применяется для автоматического задания режима ПТ по постоянному току за счет глубокой ООС, определяемой базовыми сопротивлениями R4R5.

Термостабилизация обеспечивается следующим образом. Eсли ток канала  Iпт возрастает, то увеличивается падение напряжения UR5, что приводит к закрытию биполярного транзистора. В результате отрицательное напряжение на затворе -Uзатв. возрастает, а ток закрывающегося ПТ Iпт уменьшается. В результате ток стока полевого транзистора устанавливается автоматически независимо от разброса крутизны ВАХ и напряжения отсечки Uотс.

Усилитель обеспечивает параметры:

- время нарастания переходной характеристики  tнар.пер.х = 140пс;

 - коэффициент усиления по напряжению Ку = 40 дБ ,

Uвых.мах = -3В, +1,5В (на стандартном сопротивлении нагрузки Rн = 50 Ом, согласованном с волновым сопротивлением коаксиального кабеля).

Спад вершины прямоугольного импульса длительностью t = 50 нс составляет £ 5\% от амплитудного значения, что соответствует достаточно небольшой нижней граничной частоты (fн » 0,1 МГц);

Шум на выходе характеризуется значительным уровнем Uш нагр » 100мВ, приведенное ко входу напряжение шума имеет величину около 1мВ. Четыре каскада потребляют значительный для полупроводниковых схем ток:  Iпотр £ 1А.

Известна аналогичная схема на 12 полевых транзисторах, которая имеет 

- время нарастания переходной характеристики  tнар.пер.х = 70 пс;

 - коэффициент усиления по напряжению Ку = 40 дБ ,

 Последовательная индуктивная коррекция (Rн понижено до 100 Ом, последовательно с ним включена индуктивность  L = 20нГн в виде отрезка микрополосковой линии). ФНЧ между каскадами применяется для предотвращения подъема усиления на частоте 3¸4,5ГГц. КСВН по входу не превышает 3¸3,5 в полосе частот до 2-2,5ГГц.

На рис.4.6 показана принципиальная схема еще одного импульсного усилителя пикосекундного диапазона длительностей.  В первом каскаде применена параллельная ООС по напряжению для выравнивания АЧХ в области низких частот (глубина обратной связи определяется сопротивлением R2). На средних частотах провал АЧХ компенсируется тем, что ООС превращается в ПОС за счет фазовой задержки в ее петле.

Фильтры НЧ  в цепях питания каскадов расширяют полосу пропускания в области  высоких частот, выполняя функцию индуктивной ВЧ-коррекции АЧХ.

Параметры усилителя:

-полоса пропускания Df = 0,15МГц ¸ 7ГГц;

-время нарастания переходной характеристики tнар.пер.х = 70пс,

-КСВНmin по входу 1¸2.