На частотах выше 300-400 МГц в транзисторных усилителях для реализации цепей согласования и фильтрации применяют несимметричные иолосковые линии. Они позволяют упростить изготовление РЧ-части усилителя, уменьшить потери энергии согласующих звеньев, ослабить влияние паразитных индуктивностей выводов, поскольку транзисторы, предназначенные для работы на частотах выше 400 МГц, имеют специальную конструкцию корпуса с полосковыми выводами базы, эмиттера и коллектора, приспособленного для сопряжения с полосковыми колебательными системами. На рис. 9.7 показана схема конструкции однокаскадного усилителя мощности, собранного по схеме рис. 9.6. Радиочастотную часть усилителя выполняют на плате из фольгированного с двух сторон фторопласта или полиэтилена.

2 Ч

[ллгитги

Рис, 9.6

Рис. 9.7

В качестве проводника используют медную фольгу с нанесенным на ее поверхность слоем серебра. Ширину полосковой линии выбирают, исходя из волнового сопротивления Zg. Чем шире линия, тем меньше Zg. Для дросселей используют узкие полосковые линии с высоким Zg, а для контурных катушек - более широкие полосковые линии с меньшим Zg. Для согласования сопротивлений на входе и выходе полосковой линии рассчитывается ее длина.

Конденсаторы представляют собой короткие и широкие отрезки линий, близко расположенные друг от друга. Чем больше площадь линий и чем ближе они расположены к подлолже платы, тем больш-е емкость конденсатора.

Геометрические размеры конструкции зависят от рабочей частоты. На частотах выше 700-800 МГц конструкция будет компактной, на более низких частотах разглеры конструкции получаются значительными. Для уменьшения габаритов конструкции переходят на элементную базу с сосредоточенными параметрами. Верхняя рабочая частота, на которой возможно применение элементов со сосредоточенными параметрами, зависит от соотношения их геометрических размеро!з и длины волны. Когда длина волны становится сопоставилюй с их размерами, они начинают излучать энергию в пространство. Размеры дискретных элементов не должны превышать 1/1ООЯ на рабочей частоте. Например, на частоте 400 МГц {% = 75 см) внешний диаметр типовой

0- >

Вкод

индуктивной катушки не доллда! превышать 2,5 мм; на частоте 2 ГГц 0 = 15 см) этот размер должен составлять не более 1,3 мм. Реализовать дискретные элементы столь малых размеров можно только на основе фотолитографических методов обработки, применяемых при производстве транзисторов.

Развитие этих методов привело к созданию усилителей, все элементы которых вместе с крпсталло.м транзистора раздмещают на единой подложке. Геометрические размеры таких устройств лишь незначительно превышают габариты выпускаемых в настоящее время дискретных транзисторов.

Примером таких функционально законченных блоков являются усилители типа 2УС721 и 2УС723 мощностью от 0,5 Вт (2УС721) до 10 Вт (2УС723), работающие в частотных диапазонах тпириной 10 МГц на частотах от 175 до 450 МГц. Схема таких усилителей и их конструкция прттведены на рис. 9.8, а, б. Назначение элементов и принцип работы схемы аналогичны ранее рассмотренным схемам. Функциональная законченность усилителя обеспечивается одинаковыми входныг.н! и выходпы.ми сопротивлениями и возлюжностью собирать па их основе дшогокаскадные усилители глощности без дополнительных элементов настройки и согласования.

§ 9.6. Варакторные умножители частоты

Улшожнтели частоты, использующие нелинейную емкость р- -пере-хода полупроводникового диода, называемого варактором, применяют в передатчиках УВЧ- и СВЧ-диапазонов на частотах, где работа транзисторных умножителей частоты уже не эффективна. Нижняя рабочая Частота таких умножителей 0,5-1 ГГц, верхняя - 8 - 12 ГГц (ограничена частотными свойствами варикапа). Верхняя рабочая частота примерно в 10-12 раз ниже граничной частоты, па которой добротность емкости варактора становится равной единице.

Варакторы предназначены для работы при больших айшлитудах РЧ-сигнала и раз.мещены в корпусах с хороши.м теплоэтводом.

Эффект удшожения частоты варакторным yнюжитeлeм объясняется нелинейной зависимостью тока, протекающего через варактор, от Напряжения на емкости р- -перехода. Известно, чго ток и напряжение На конденсаторе связаны следующим соотношением; / = UclXc = = jwCOc- Так как емкость варактора зависит от напряжения на Р-п-переходе, т. е. 0 = 1 (Ус), то при подаче на варактор синусоидального напряжения ток, протекающий через нею, будет песинусо-

идальньш, т. е. появятся высшие гар-.юнические составляющие тока. При протекании через варактор синусоидального тока несинусоидальным становится напряжение на варакторе. Уровень высши < гармонических составляющих юка или напряжения возрастает, если работа варакюра будет сопровождаться заходом в область открытого р-п-перехода. При. этом к нелинейной емкости закрытого р-м-перехода (барьерная емкость) добавляется емкость открытого р-п-перехода

(диффузионная емкость), которая по величине на несколько порядков больше барьерной емкости, но имеетыень-

Рис. 9.9

Шую добротность. На рис. 9.9 приведена зависимость емкости варак-тора и тока через него от напряжения смещения и показано, как при этом изменяется величина заряда р-м-перехода.

Как видно из рисунка, переход из закрытого состояния в открытое и обратно приводит к увеличению нелинейного изменения заряда р-м-нерехода в заЕисикости от диффузионной емкости. При этом нелинейное изменение заряда, определяемое барьерной емкостью, несущественно. По этой причине у существующих и вновь разрабатываемых варакторов степень нелинейности барьерной емкости мала (у 0,3) и имеется тенденция к ее снижению до нуля.

На практике применяют две схемы построения умножителей, отличающиеся включением варактора. При параллельном включении йарактора (рнс. 9.10) используют последовательные контуры (CiLjCa и C3L3), настроенные на основную частоту со и требуемую гармонику то. Через емкость варактора протекают контурные токи основной частоты и требуемой гармоники.

При параллельном включении один из выводов варактора оказывается под нулевым потенциалом (точка а на рис. 9.10), вследствие чего его можно размещать на большом радиаторе, улучшая тепловой режим и повышая полезную мсщкость. Недостатком, ограничивающим применение такой схемы, является возможность появления паразитных резонансов, сбусловленных наличием индуктивности выводов и емкости корпуса варактора и монтажа.

При последовательном включении варактора фис. 9.11) параллельные контуры CjLiCa и C3L3 настроены на основную частоту и требуе-.уую гарг\юннку. На eи<ocти варактора создается напряжение двух частот: © и со. Индуктивности выводов и емкость корпуса являются