авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ПОВОЛЖСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ

ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕЧНАЯ

СИСТЕМА

Самара

В.Л. Карякин

УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ

И ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ

В СИСТЕМАХ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ УЧЕБНИК ДЛЯ ВУЗОВ Рекомендовано УМО по образованию в области телекоммуникаций в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 210402 – «Средства связи с подвижными объектами»

направления подготовки дипломированных специалистов 210400 – Телекоммуникации «РАДИО И СВЯЗЬ»

МОСКВА УДК 621.373.14(075.8) ИБ № Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной радиосвязи: Учебник для вузов/ В.Л. Карякин - М: Радио и связь, 2007. – 433 с.

ISBN 5-256-01816- В учебнике рассмотрены аналитические и компьютерные методы анализа работы генераторов с внешним возбуждением. Основное внимание уделяется информационным технологиям анализа и оптимизации усилителей мощности в нелинейном режиме большого сигнала, а также усилителей мощности в линейном режиме малого сигнала с использованием инструментальной среды AWR Мicrowave Office.

Даны методы оптимизации цепей согласования на сосредоточенных элементах, в микрополосковом исполнении и на коаксиальных линиях.

Приводятся основные технические характеристики зарубежных транзисторов.

Рассмотрены особенности оптимизации и проектирования усилителей мощности мобильных телевизионных радиопередатчиков.

Приводится методика электродинамического анализа и оптимизации нагрузки усилителей мощности передатчиков систем подвижной связи..

Обсуждаются методы формирования и стабилизации сетки высокостабильных частот в возбудителях передатчиков, фильтрующие свойства систем фазовой синхронизации и алгоритмы оптимизации, методы модуляции при передаче цифровой и аналоговой информации.

Показаны особенности построения структурных схем передатчиков подвижной связи с амплитудной, угловой и однополосной модуляцией, мобильных телевизионных передатчиков и передатчиков спутниковой системы связи.

Учебник предназначен для студентов специальности 210402 «Средства связи с подвижными объектами» направления подготовки дипломированных специалистов 210400 Телекоммуникации, окажется полезным для аспирантов, магистров и инженерно-технических работников, специализирующихся в области разработки телекоммуникационных передающих устройств;

а также для студентов специальностей 210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», 210302 «Радиотехника», 210403 «Защищенные системы связи»

по основным разделам курсов «Радиопередающие устройства», «Устройства генерирования и формирования сигналов», «Устройства генерирования, формирования и передачи сигналов в защищенных системах радиосвязи».

Ил. 472, библ. 45 назв.

Рецензенты: д.т.н., проф. М.А. Сиверс – г. Санкт-Петербург, СПбГУТ д.т.н., проф. И.Н. Пустынский – г. Томск, ТУСУР Учебное издание Карякин Владимир Леонидович Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной радиосвязи Компьютерное редактирование – Д.В. Карякин, В.В. Карякин Издательская лицензия № 010164 от 29.01.97 г.

Подписано в печать 21.05. © В.Л. Карякин, ISBN 5-256-01816- Оглавление Введение....................................................................... 1 Генераторы с внешним возбуждением в режиме большого сигнала 1.1 Аналитические методы анализа работы генераторов с внешним возбуждением в нелинейном режиме большого сигнала 1.1.1 Идеализация статических характеристик транзисторов 1.1.2 Динамические характеристики транзисторов 1.1.3 Гармонический анализ косинусоидальных импульсов 1.1.4 Нагрузочные характеристики генератора с внешним возбуждением............................................. 1.1.5 Влияние амплитуды возбуждения, питающих напряжений и температуры на режим генератора с внешним возбуждением........................... 1.1.6 Нелинейная модель биполярного транзистора 1.1.7 Формы токов биполярного транзистора с учетом его инерционности при возбуждении от источника напряжения..................................................... 1.2 Компьютерные технологии анализа и оптимизации генераторов с внешним возбуждением.............. 1.2.1 Методические указания по использованию пакета Microwave Office........................................ 1.2.2 Методика построения семейства статических характеристик транзистора...................... 1.2.3 Методика построения динамических характеристик генератора с внешним возбуждением..... 1.2.4 Методика измерения входного сопротивления генератора с внешним возбуждением..... 1.2.5 Оптимизация схемы генератора с внешним возбуждением в режиме большого сигнала 2 Генераторы с внешним возбуждением в режиме малого сигнала 2.1 Компьютерные технологии анализа и оптимизации широкополосного усилителя мощности......................................... 2.1.1 Общие сведения по использованию пакета программ Microwave Office........................................ 2.1.2 Анализ работы усилителя мощности... 2.1.3 Параметрическая оптимизация усилителя мощности 3 Высокочастотные трансформаторы сопротивлений в усилителях мощности........................................ 3.1 Схемы высокочастотных трансформаторов сопротивлений 3.1.1 Требования, предъявляемые к цепям согласования 3.1.2 Методы построения принципиальных схем высокочастотных трансформаторов сопротивлений 3.1.3 Согласующие цепи на микрополосковых линиях 3.1.4 Широкополосные согласующие цепи на коаксиальных линиях....................................................... 3.2 Оптимизация цепей согласования усилителей мощности 3.2.1 Оптимизация трехзвенной Г-цепи........ 3.2.2 Оптимизация Т-цепи.............................. 3.2.3 Оптимизация П-цепи.............................. 3.2.4 Оптимизация двухзвенной Г-цепи на микрополосковых линиях....................................................... 3.2.5 Оптимизация широкополосных согласующих цепей на коаксиальных линиях......................... 4 Усилители мощности телевизионных передатчиков 4.1 Mетоды построения усилителей мощности телевизионных передатчиков.................................................... 4.1.1 Структурная схема однотактного усилителя мощности -------------- 4.1.2 Схемы двухтактного усилителя мощности 4.2 Элементная база усилителей мощности телевизионных передатчиков.................................................... 4.2.1. Анализ характеристик зарубежных транзисторов 4.3 Оптимизация усилителей мощности телевизионных передатчиков.................................................... 4.3.1 Исходные данные................................... 4.3.2 Оптимизация входной цепи согласования усилителя мощности.................................................... 4.3.3 Оптимизация выходной цепи согласования усилителя мощности.................................................. 4.3.4 Разработка топологии печатной платы микрополосковой конструкции усилителя мощности....... 4.3.5 Оценка энергетических характеристик усилителя мощности.................................................. 5 Оптимизация излучающей микрополосковой нагрузки усилителей мощности мобильных передатчиков 5.1 Общие сведения об излучающих полуволновых вибраторах 5.2 Электродинамический анализ работы симметричного микрополоскового вибратора......................... 5.3 Схемотехнический анализ работы симметричного микрополоскового вибратора с цепями согласования 5.4 Оптимизация симметричного микрополоскового вибратора с цепями согласования.................................... 6 Возбудители радиопередатчиков....................... 6.1 Технические характеристики возбудителей радиопередатчиков.......................................... 6.2 Методы формирования и стабилизации сетки частот 6.2.1 Методы прямого синтеза....................... 6.2.2 Методы косвенного синтеза частот..... 6.3 Фазовые шумы в синтезаторах частот......... 6.3.1 Стабильность источников колебаний опорных частот 6.3.2 Виды фазовых шумов........................... 6.3.3 Фазовые шумы генераторов................. 6.3.4 Фазовые шумы делителей.................... 6.3.5 Методы снижения фазовых шумов..... 6.4 Выбор метода синтеза частот........................ 6.5 Фильтрующие свойства системы фазовой синхронизации 6.5.1. Математическая модель СФС.............. 6.5.2 Параметрическая оптимизация СФС по минимуму дисперсии фазового шума выходного колебания 6.5.3 Алгоритмы оптимизации контуров управления СФС 7 Методы модуляции............................................ 7.1 Передача цифровых данных....................... 7.1.1 Амплитудная манипуляция................ 7.1.2 Частотная манипуляция...................... 7.1.3 Фазовая манипуляция......................... 7.1.4 Многоуровневая фазовая манипуляция 7.1.5 Оценка эффективности различных методов манипуляции.......................................... 7.1.6 Квадратурная амплитудная модуляция 7.2 Передача аналогового информационного сигнала 7.2.1 Амплитудная модуляция..................... 7.2.2 Угловая модуляция............................. 8 Передатчики систем связи с подвижными объектами 8.1 Общие сведения о беспроводных системах связи 8.1.1 Особенности построения ведомственных систем радиосвязи................................................ 8.1.2 Особенности построения сотовых сетей общего пользования.

............................................. 8.1.3 Основные принципы функционирования DECT систем 8.2 Cтруктурные схемы передающих устройств радиостанций подвижной связи.............................................. 8.3 Радиопередатчики с амплитудной и однополосной модуляцией....................................................... 8.4 Радиопередатчики с угловой модуляцией... 8.5 Радиопередатчики спутниковых систем связи 8.5.1 Cравнение спутниковых систем Инмарсат, Глобалстар, Турайя, Иридиум 8.5.2 Структурные схемы передатчиков спутниковой связи 8.6 Радиопередатчики телевизионные................ 8.6.1 Общие сведения...................................... 8.6.2 Структурная схема мобильного телевизионного передатчика.............................................. 9 Перспективы развития техники радиопередающих устройств Литература............................................................... Введение Устройства генерирования и формирования сигналов являются обязательной составной частью любой радиотехнической системы передачи информации.

Представление об этих устройствах необходимо специалисту телекоммуникаций по средствам связи с подвижными объектами.

Курс «Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной радиосвязи» является одним из профилирующих по специальности «Средства связи с подвижными объектами». По этому курсу читаются лекции, проводятся практические занятия, занятия в лаборатории, выполняется курсовое проектирование, проводится производственная и преддипломная практика и, наконец, дипломное проектирование.

Целью курса является подготовка студентов к самостоятельной инженерной деятельности в промышленных и эксплуатационных предприятиях различных ведомств, а также в научно-исследовательских и конструкторских организациях. Устройства, предназначенные для генерирования, усиления и управления высокочастотными колебаниями в телекоммуникациях принято также называть «Радиопередающие устройства».

Новые технологии в проектировании и изготовлении радиопередающих устройств в литературе освещены недостаточно полно. Методика проектирования радиопередатчиков на отечественной элементной базе наиболее полно изложена в книгах [1-3]. Однако данная методика не позволяет в полной мере реализовать возможности зарубежной элементной базы, а также не ориентирована на компьютерное моделирование. Эффективным способом решения задач проектирования передатчиков является использование инструментальной среды AWR Microwave Office (AWR MWO) [4, 6-10, 12, 15 18, 20, 37-45].

Это направление весьма перспективно, поскольку оно позволяет максимально учитывать особенности современных транзисторов, использовать новые зарубежные технологии в проектировании и конструировании радиопередатчиков.

Используемые до настоящего времени системы проектирования СВЧ оборудования компаний Hewlett-Packard, Ansoft, Eagleware разработаны в 70-х и 80-х годах и предназначались для работы в OC UNIX, лишь затем адаптированы для Windows. Как следствие, известные пакеты программ HP Advanced Design System, Momentum, Maxwell EM, HFSS, Microwave Explorer, Serenade, GENESYS, IE3D уступают по производительности в работе с Windows пакету AWR MWO. Первую версию системы проектирования СВЧ устройств AWR MWO компания Applied Wave Research (AWR) представила1998 году.

AWR изначально ориентировалась на ОС Windows, использовала объектно ориентированное программирование, что позволило создать программный продукт оптимальный во многих отношениях: высокопроизводительный, доступный в использовании, с высокой степенью интеграции.

Инструментальная система AWR MWO написана на объектно ориентированном языке С++ и может легко адаптироваться для решения новых прикладных задач, в частности, для создания системы автоматизированного проектирования усилителей мощности телекоммуникационных передающих устройств.

В учебнике рассмотрены аналитические и компьютерные методы анализа работы генераторов с внешним возбуждением. Основное внимание уделяется информационным технологиям анализа и оптимизации усилителей мощности в нелинейном режиме большого сигнала, а также усилителей мощности в линейном режиме малого сигнала с использованием инструментальной среды AWR Мicrowave Office.

Даны методы оптимизации цепей согласования на сосредоточенных элементах, в микрополосковом исполнении и на коаксиальных линиях.

Приводятся основные технические характеристики зарубежных транзисторов.

Рассмотрены особенности оптимизации и проектирования усилителей мощности мобильных телевизионных радиопередатчиков. Приводится методика электродинамического анализа и оптимизации нагрузки усилителей мощности передатчиков систем подвижной связи.

Обсуждаются методы формирования и стабилизации сетки частот в возбудителях передатчиков, фильтрующие свойства систем фазовой синхронизации и алгоритмы оптимизации, методы модуляции при передаче цифровой и аналоговой информации. Показаны особенности построения структурных схем передатчиков подвижной связи с амплитудной, угловой и однополосной модуляцией, мобильных телевизионных передатчиков и передатчиков спутниковой системы связи.

Отмечается, что перспективы развития техники радиопередающих устройств определяются номенклатурой современных мощных транзисторов и модульных усилителей мощности, а также возможностями информационных технологий их проектирования. Автор выражает признательность Д.В. Карякину, В.В.

Карякину за помощь в подготовке рукописи. Параграфы 1.2.3–1.2.5 книги написаны Д.В. Карякиным, параграфы 2.1.2, 2.1.3, 4.3.2, 4.3.3 – В.В.

Карякиным.

Учебник предназначен для студентов специальности 210402 «Средства связи с подвижными объектами» направления подготовки дипломированных специалистов 210400 Телекоммуникации, окажется полезным для аспирантов, магистров и инженерно-технических работников, специализирующихся в области разработки телекоммуникационных передающих устройств;

а также для студентов специальностей 210405 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение», 210302 «Радиотехника», 210403 «Защищенные системы связи»

по основным разделам курсов «Радиопередающие устройства», «Устройства генерирования и формирования сигналов», «Устройства генерирования, формирования и передачи сигналов в защищенных системах радиосвязи».

Учебник опубликован, как в печатном издании, так и на компакт-дисках, расположен на сайте Центра дистанционного образования Поволжской государственной академии телекоммуникаций и информатики, зарегистрирован в отраслевом фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию.

1 Генераторы с внешним возбуждением в режиме большого сигнала Устройства, предназначенные для генерирования, усиления и управления высокочастотными колебаниями в телекоммуникациях принято также называть "Радиопередающие устройства" или кратко "Передатчики" [2,3]. В передатчиках генераторы с внешним возбуждением (ГВВ) выполняют разнообразные функции (усиление мощности, умножение частоты, модуляция и др.). В случае выполнения функции усиления мощности генератор с внешним возбуждением называется также усилителем мощности.

Разработка ГВВ применительно к той или другой реализуемой им функции обычно сводится к решению следующих задач:

1. Рассматриваются режимы работы транзисторов в ГВВ, определяются характеристики этих режимов и их связь с энергетическими показателями ГВВ.

2. Анализируются особенности управления режимами ГВВ, а также условия обеспечения требуемых показателей качества работы.

3. Осуществляется синтез оптимальной по заданным критериям качества принципиальной схемы ГВВ.

4. Разрабатывается конструкция, изготавливаются опытные образцы ГВВ, проводятся испытания.

Однако общего аналитического метода, который бы позволил выполнить анализ работы транзисторов в различных режимах и синтез оптимальных схемных и технологических решений без упрощений и приближений, в настоящее время не существует. Главной причиной такого положения являются инерционность процессов в транзисторах и нелинейность их характеристик в режиме большого сигнала [1]. Инерционность процессов в транзисторах приводит, прежде всего, к понижению выходной мощности и КПД.

Большинство методов анализа ГВВ основано на допущении, что транзистор безынерционный элемент. При анализе учитываются лишь его нелинейные характеристики. Учет инерционности процессов при этом сводится к учету частотной зависимости параметров транзистора. Методы анализа и расчета ГВВ, учитывающие нелинейные свойства транзисторов, различаются в основном лишь способом аппроксимации характеристик. Наглядным и эффективным является графоаналитический метод, в котором используются непосредственно статические характеристики транзисторов. В последующих разделах детально будет рассмотрен метод анализа ГВВ, основанный на аппроксимации статических характеристик отрезками прямых параллельных линий с постоянными значениями крутизны. Имеются также аналитические методы, в которых аппроксимация осуществляется степенными рядами, математическими функциями (например, логарифмами или арктангенсами и др.).

1.1 Аналитические методы анализа работы генераторов с внешним возбуждением в нелинейном режиме большого сигнала 1.1.1 Идеализация статических характеристик транзисторов Для анализа режимов работы транзистора, необходимо по заданным напряжениям на его входе и выходе e t, e t находить токи i t, i t и амплитуды их гармонических составляющих [1-3]. При достаточно низкой рабочей частоте транзистор можно считать безынерционным. Для расчета токов в этом случае достаточно знать статические характеристики i e, e, i e, e.

На высоких для данного типа АЭ частотах при расчете схемы нельзя ограничиваться статическими характеристиками. Необходимо использовать дифференциальные и интегральные соотношения, связывающие i и i с e и e. Полевые транзисторы можно считать безынерционными в большей части их рабочего диапазона частот. У биполярных транзисторов интервал частот, где их поведение описывается статическими характеристиками, составляет лишь несколько процентов от всей области рабочих частот.

Статические характеристики рассмотрим на примере биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Зависимости i e при постоянном e (рис. 1.1) называются проходными характеристиками.

Рисунок 1.1 – Проходные характеристики транзистора Характеристики биполярного транзистора начинаются при e 0, т. е.

справа от точки e 0. В рабочем режиме на вход транзисторов нужно подавать отпирающее напряжение.

Зависимости i e при постоянном e (рис.1.2) называются выходными статическими характеристиками транзисторов.

Рисунок 1.2 – Выходные характеристики транзистора Их разделяют на области слабого I и сильного II влияния выходного напряжения e на ток i. Кратко поясним физические причины различного поведения характеристик в областях I и II.

В транзисторах в области II, называемой областью насыщения, открывается коллекторный переход, который можно разбить на активную область, расположенную непосредственно напротив эмиттера, и оставшуюся пассивную часть. Пассивная часть представляет собой диод коллектор - база, и при открывании коллекторного перехода ток этого диода замыкается через вывод базы. Ток активной области коллекторного перехода определяется носителями двух типов: электронов и дырок (соответственно неосновных и основных носителей базы в случае n p n транзистора). Поток электронов, инжектированных из коллектора в базу, направлен навстречу потоку электронов, инжектированных из эмиттера, что приводит к резкому падению тока коллектора. Поток дырок инжектируется из базы в коллектор и протекает по цепи коллектор - база. Таким образом, при открывании коллекторного перехода в режиме насыщения ток базы резко увеличивается, примерно в той же мере, в какой уменьшается ток.

Для описания семейства идеализированных характеристик биполярных транзисторов (рис.1.1, 1.2) используют следующие параметры:

крутизну линии граничного режима S ;

i крутизну характеристики коллекторного тока при Si i const. Чаще эту величину Si называют усилением транзистора по e току в схеме с общим эмиттером;

напряжение отсечки, т.е. напряжение на базе e E, при котором имеет место отсечка коллекторного тока.

1.1.2 Динамические характеристики транзисторов Статические характеристики, рассмотренные в предыдущем разделе на примере биполярного транзистора, не учитывают влияния сопротивления нагрузки активного элемента. Транзистор в ГВВ работает при одновременном воздействии переменных напряжений, как на входе, так и на выходе, благодаря падению напряжения на сопротивлении нагрузки. При этом сопротивление нагрузки может быть активным, либо резонансным. В зависимости от вида нагрузки динамические характеристики и форма импульса входного тока будут различными.

Рассмотрим вначале ход динамических характеристик биполярного транзистора при активном сопротивлении нагрузки.

Динамические характеристики транзисторов при активном сопротивлении нагрузки При построении динамических характеристик воспользуемся проходными (рис.1.1) и выходными (рис.1.2) статическими характеристиками транзистора.

Полагаем, что напряжение смещения равно нулю, а амплитуда напряжения возбуждения U const. С помощью проходных характеристик (рис.1.3) находим максимальное напряжение на входе транзистора emax.

Рисунок 1.3 – Динамические характеристики при активном сопротивлении нагрузки транзистора Построим статическую характеристику i e, соответствующую e e max. Перпендикулярно оси абсцисс из точки e E проведем ось времени. Здесь E - напряжение коллекторного питания транзистора.

Особая точка А (рис.1.3) динамической характеристики получается на пересечении статической характеристики и i e, e e max перпендикуляра, проведенного из точки, соответствующей минимальному выходному напряжению e min. Для определения e min необходимо построить на оси, проходящей через точку E, временную зависимость напряжения на нагрузке (рис.1.3).

Для построения особой точки В вначале продолжим проходную характеристику i e до пересечения с временной осью, соответствующей напряжению смещения E 0 (рис.3.1). Далее, из полученной точки проведем горизонталь до пересечения с временной осью, проходящей через точку E. Точка пересечения соответствует особой точке В динамической характеристики. Положение точки В зависит от начального смещения на базе транзистора. В случае, когда E E точка В находится на оси абсцисс, что соответствует углу отсечки выходного тока 900. При E E угол отсечки 900, а в случае E E 900. Особая точка В будет находиться соответственно ниже или выше оси абсцисс.

Особая точка С получается на пересечении оси абсцисс и линии, соединяющей точки А и В. При этом линия, соединяющая точки А и С является динамической характеристикой транзистора при фиксированном сопротивлении нагрузки. Зная ход динамической характеристики нетрудно построить импульс выходного тока (рис.1.3). Изменение сопротивления нагрузки приводит к изменению угла наклона динамической характеристики и соответственно к изменению амплитуды и формы импульса выходного тока.

Ход построений динамической характеристики для активного сопротивления нагрузки представлен на рис. 1.3. Перейдем к рассмотрению методики построений динамической характеристики при резонансном сопротивлении нагрузки.

Динамические характеристики транзисторов при резонансном сопротивлении нагрузки Построения динамических характеристик ведем по аналогии со случаем активного сопротивления нагрузки. Воспользуемся проходными (рис.1.1) и выходными (рис.1.2) статическими характеристиками транзистора. Полагаем, что напряжение смещения равно нулю, а амплитуда напряжения возбуждения U const. С помощью проходных характеристик (рис.1.1) находим максимальное напряжение на входе транзистора emax.

Рисунок 1.4 – Динамические характеристики при резонансном сопротивлении нагрузки транзистора Также, как и в предыдущем случае особая точка А (рис.1.4) динамической характеристики получается на пересечении статической характеристики и перпендикуляра, проведенного из точки, i e, e e max соответствующей минимальному выходному напряжению e min. Для определения e min необходимо построить на оси, проходящей через точку E, временную зависимость напряжения на нагрузке (рис.1.4). Благодаря резонансным свойствам нагрузки форма напряжения в данном случае синусоидальна.

Особые точки А, В и С находятся аналогично рассмотренному ранее случаю.

В отличие от предыдущих построений существует особая точка D, которая находится на пересечении оси абсцисс и перпендикуляра, опущенного на ось из точки, соответствующей максимальному выходному напряжению e max (рис.1.4).

При этом линия, соединяющая точки А, С и D является динамической характеристикой транзистора при фиксированном сопротивлении нагрузки.

Зная ход динамической характеристики нетрудно построить импульс выходного тока (рис.1.4). Изменение сопротивления нагрузки приводит к изменению угла наклона динамической характеристики и соответственно к изменению амплитуды и формы импульса выходного тока. Ход построений динамической характеристики для резонансного сопротивления нагрузки представлен на рис.1.4. Из сравнений результатов построений (рис.1.3, 1.4) видно, что форма импульса выходного тока транзистора зависит не только от величины сопротивления, но и от вида нагрузки. Перейдем к рассмотрению режимов транзистора в ГВВ при различных сопротивлениях нагрузки.

Классификация режимов транзистора в генераторах с внешним возбуждением Рассмотрим влияние сопротивления нагрузки ГВВ на режимы работы транзистора [2,3]. При рассмотрении режимов работы будем пренебрегать инерционностью активного элемента.

Если особая точка А находится на пересечении линии граничного режима и статической характеристики транзистора, импульс выходного тока имеет косинусоидальную форму, а режим работы – критический. Критическому режиму соответствует e e min (рис.1.3, 1.4).

Уменьшение сопротивления нагрузки приводит к перемещению особой точки А по статической характеристике i e, e e max вправо. Форма импульса выходного тока не меняется, а амплитуда практически остается постоянной. Напряжение на нагрузке уменьшается. При нулевом сопротивлении нагрузки динамическая характеристика проходит под углом к оси абсцисс. Форма выходного тока остается косинусоидальной. Режим работы – недонапряженный.

Увеличение сопротивления нагрузки по отношению к критическому режиму приводит к смещению особой точки А влево по прямой, являющейся продолжением статической характеристики i e, e e max. В случае активной нагрузки (рис.1.3) в импульсе выходного тока появляется уплощение, а при резонансной нагрузке – провал (рис.1.4). Увеличение сопротивления нагрузки приводит к уменьшению угла наклона динамической характеристики.

Амплитуда импульса выходного тока уменьшается. Увеличивается верхний угол отсечки 1. При резонансной нагрузке увеличивается также провал в импульсе выходного тока. Режим работы - перенапряженный. В перенапряженном режиме значительно увеличивается ток базы транзистора i.

1.1.3 Гармонический анализ косинусоидальных импульсов Найдем гармоники косинусоидальных импульсов выходного тока в недонапряженном и критическом режимах [1,3]. Последовательность импульсов выходного тока можно представить рядом Фурье.

i I 0 I 1 cos I 2 cos2 I 3 cos3....

Здесь I 0 - постоянная составляющая выходного тока;

I 1, I 2, I 3 амплитуды первой, второй, третьей и т.д. гармоник выходного коллекторного тока транзистора.

Имея аналитические выражения для i, значения I 1, I 2, I 3,…, определим по формулам для коэффициентов ряда Фурье:

d;

I 0 i I n i cos n d Постоянная составляющая выходного тока, I 0 SU где.

sin cos Амплитуда n -й гармоники выходного тока I n SU, n n 1,2,3,..., где sin 2, 2 sin 3, cos.

3 Иногда необходимо оценить влияние угла отсечки на гармоники тока по известной амплитуде импульса выходного тока I m.

В этом случае составляющие выходного тока находятся через коэффициенты, называемые коэффициентами Берга n I n I m n, n 0,1,2,...

где n.

n 1 cos При расчете КПД выходной цепи часто используются коэффициент формы коллекторного тока по первой гармонике.

g Коэффициенты n, n и g1 подробно табулированы. На рис.1.5. а,б приведены графики зависимостей n и n для постоянной составляющей и первых трех гармоник, а также зависимости g1.

Рисунок 1.5 – Графики коэффициентов Берга Отрицательное значение коэффициентов 3 и при углах отсечки 180 означает, что ток третьей гармоники имеет противоположную 0 начальную фазу по сравнению с током первой гармоники.

Приведенные графики наглядно характеризуют гармонический состав коллекторного тока при различных. Так как 1800 (колебания класса А) амплитуда первой гармоники равна постоянной составляющей I 1 I 0 ;

амплитуды второй, третьей и т.д. гармоник равны нулю. В области 0 графики n иn при n 2,3,... имеют максимумы;

для коэффициентов n значение угла, при котором наблюдается максимум, вычисляется из выражения.

n Из графиков (рис.1.5.) следует, что для получения высокого КПД целесообразно, чтобы угол отсечки находился в пределах 600 1200. При меньших углах отсечки коэффициент формы g1, а, следовательно, и КПД возрастают незначительно. При заданной амплитуде импульса выходного тока I m полезная максимальная мощность P получается, когда угол отсечки 120, т.к. коэффициент 1 принимает максимальное значение. КПД в этом случае сравнительно высокий. Очень часто угол отсечки выбирается исходя из других требований, в частности, из требований к нелинейным искажениям.

Выбор оптимального угла отсечки требует конкретных условий работы ГВВ и, как правило, является компромиссным.

1.1.4 Нагрузочные характеристики генератора с внешним возбуждением Рассмотрим зависимости токов транзистора, напряжений на нем и энергетических показателей от сопротивления нагрузки [1-3] при неизменных значениях напряжений возбуждения U, смещения E, коллекторного питания E, т.е. нагрузочные характеристики. Они используются при настройке ГВВ и оценке влияния на его режим изменений параметров фидера и антенны.

Примем пока, что сопротивление нагрузки вещественное: Z R.

При изменении R меняется амплитуда напряжения на коллекторе:

U R I 1. Как было показано в предыдущих разделах, амплитуда I 1, в свою очередь, зависит от U. Каждой точке этой зависимости соответствует свое значение R U I 1. Принимая R за аргумент, строим зависимости и, т. е. нагрузочные характеристики для тока I 1 и напряжения U I 1 R (рис.1.6,а). С ростом сопротивления нагрузки I 1 сначала медленно убывает, а транзистор работает в недонапряженном режиме. При R R наступает критический режим. При дальнейшем увеличении R R напряжение U превышает U и медленно растет, транзистор переходит в перенапряженный режим, в импульсе коллекторного тока появляется провал и I 1 падает.

Рисунок 1.6 – Зависимость параметров ГВВ от сопротивления нагрузки Как видно из рис. 1.6, ток I 0 меняется пропорционально первой гармонике I 1 поскольку коэффициент формы g1 в недонапряженном режиме постоянен, а в перенапряженном режиме медленно уменьшается. Входной базовый ток в перенапряженном режиме растет с увеличением нагрузки R.

На рис. 1.6,б представлены зависимости мощностей P0, P1, P от сопротивления нагрузки R. Здесь P0 - потребляемая мощность, P1 - полезная мощность, P - мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора.

Поскольку E const, зависимость P0 R E I 0 R повторяет по форме I 0 R. Полезная мощность P 0,5U I 1, как видно из рис. 1.6, возрастает примерно пропорционально R в области, где R R, имеет максимум вблизи точки R R и убывает с ростом R в перенапряженном режиме.

Поведение P как функции от R определяется формулой P P0 P1. При R 0 вся мощность, потребляемая от источника, рассеивается на выходном электроде активного элемента. С ростом R она убывает быстро при R R и медленно при R R. При расстроенной нагрузке, когда P1 0, активный элемент может оказаться в тяжелом тепловом режиме. Поэтому каскад настраивают при пониженных значениях U и E.

Коэффициент использования напряжения коллекторного питания R повторяет зависимость U R, так как U E и E const. Коэффициент формы g1 I 1 I 0 в недонапряженном режиме можно считать постоянным, так как угол отсечки меняется мало. В перенапряженном режиме g1 убывает с ростом R из-за появления провала в импульсе тока, но значительно медленнее, чем I 1 поскольку I 0 тоже уменьшается. Поэтому коэффициент полезного действия имеет весьма тупой максимум, лежащий в области перенапряженного режима.

Анализ нагрузочных характеристик позволяет сделать заключение о том, что критический режим является оптимальным для активного элемента по полезной мощности P1, коэффициенту полезного действия и коэффициенту усиления по мощности.

1.1.5 Влияние амплитуды возбуждения, питающих напряжении и температуры на режим генератора с внешним возбуждением Изучение влияния амплитуды возбуждения U и напряжения смещения E на режим ГВВ представляет интерес по ряду причин. Во-первых, их приходится регулировать при настройке ГВВ. Во-вторых, на практике широко применяются как амплитудная модуляция за счет изменения E, так и усиление модулированных колебаний, т. е. колебаний с изменяющейся амплитудой U.

Наконец, возможны случайные изменения U и E в процессе эксплуатации ГВВ.

Поэтому необходимо понимать, к каким последствиям могут привести эти изменения [3].

Рассмотрим сначала, как зависят характеристики ГВВ от амплитуды возбуждения U. Предположим, что E, E и сопротивление нагрузки выходной цепи R заданы, а U возрастает, начиная с нуля. Будем пока считать активный элемент безынерционным и выберем напряжение смещения E E. В этом случае угол отсечки 900 и не зависит от U. При небольших напряжениях возбуждения U транзистор будет работать в недонапряженном режиме, а ток иметь форму косинусоидального импульса.

Поэтому I 1 SU 1.

При 900 коэффициент 0,5. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока находится из выражения I 1 0,5SU. Следовательно, при 900 в недонапряженном режиме, пока U U, ток увеличивается пропорционально U. Дальнейший рост U U приводит к появлению провала в импульсе тока и переходу активного элемента в перенапряженный режим. При этом амплитуда первой гармоники тока в перенапряженном режиме почти не изменяется, несмотря на возрастание U. Постоянная составляющая I 0 в перенапряженном режиме растет несколько быстрее, чем I (рис.1.7,а) из-за уменьшения коэффициента формы импульса тока.

Рисунок 1.7 – Зависимости амплитуды первой гармоники и постоянной составляющей тока коллектора от амплитуды возбуждения Если E E, то при малых амплитудах U отсечки тока нет ( E E 1 ) и амплитуда первой гармоники I 1 SU. После появления 1800, отсечки угол 900 при U. В недонапряженном режиме уменьшение приведет к уменьшению крутизны зависимости I 1 U, но эта крутизна всегда больше, чем 0,5S (рис. 1.7,6). При E E каждому значению U соответствует больший импульс тока, чем при E E. В результате активный элемент переходит в перенапряженный режим при меньшем значении напряжения возбуждения U. Значение амплитуды первой гармоники коллекторного тока I 1 остается почти таким же, поскольку высота импульса в критическом режиме при 900 слабо зависит от.

При E E и U E E ток I 1 отсутствует. После открывания транзистора I 1 нарастает в недонапряженном режиме из-за одновременного увеличения U и. В перенапряженном режиме остается почти постоянным (рис. 1.7,6). Критический режим достигается при большей амплитуде U, а критическое значение I 1 несколько меньше, чем при E E.

В ГВВ, работающем на частотах, которые настолько высоки, что нужно учитывать инерционность транзистора, характер зависимостей I 1 U при активной нагрузке остается таким же, хотя при их расчете приходится принимать во внимание сложную деформацию импульса тока i с повышением частоты [1].

Перейдем к изучению влияния напряжения смещения E на режим ГВВ.

Предположим, что U, E и R постоянны. Тогда в недонапряженном режиме влияние E на амплитуду первой гармоники коллекторного тока и постоянную составляющую I 0 SU 0 определяется I 1 SU лишь изменением угла отсечки. Зависимости I 1 E и I 0 E представлены на рис.1.8.

Рисунок 1.8 – Зависимости амплитуды первой гармоники и постоянной составляющей тока коллектора от напряжения смещения При некотором значении I 1 и амплитуда напряжения на нагрузке U достигает критического значения, и при дальнейшем увеличении E в импульсе тока коллектора появляется провал. При этом с ростом E в перенапряженном режиме значения I 1 и I 0 возрастают весьма медленно и в первом приближении могут считаться постоянными. Очевидно, что значение E, при котором наступает критический режим, зависит от напряжений U, E и сопротивления нагрузки R.

Рассмотрим влияние напряжения коллекторного питания E на режим ГВВ с безынерционным активным элементом. Анализ зависимостей I 1, I 0, I 0 от E при фиксированных U, E, R удобно начать со значения напряжения E, при котором активный элемент находится в критическом режиме, т.е.

U U. Если E увеличивать, то остаточное напряжение e min возрастает и режим становится недонапряженным. Поэтому высота и форма импульса будет определяться практически только значением U. Следовательно, при увеличении E в области E E токи I 1, I 0 и I 0 будут почти постоянными (рис. 1.9).

Рисунок 1.9 – Зависимости амплитуды первой гармоники и постоянной составляющей тока коллектора, постоянной составляющей тока базы от напряжения коллекторного питания При уменьшении E в области E E остаточное напряжение на коллекторе становится меньше критического, в импульсе тока появляется провал и амплитуда первой гармоники тока I 1 вместе с I 0 убывает. При E 0 ток, протекающий в цепи коллектора, обращается практически в нуль (рис. 1.9). Для приближенных оценок можно считать, что в области перенапряженного режима I 1 меняется пропорционально E. Аналогично ведет себя зависимость I 0 E. Входной ток I 0 в перенапряженном режиме несколько возрастает с уменьшением E (рис.1.9).

Рассмотрим влияние температуры на режим ГВВ [1]. Вопрос о влиянии температуры на режим оказывается особенно важным не только при изучении поведения ГВВ на биполярных транзисторах в диапазоне температур окружающей среды, но и при исследовании вариации параметров, меняющих мощность, рассеиваемую транзистором.

С повышением температуры статическая характеристика транзистора сдвигается влево, и ее крутизна уменьшается (рис.1.10). Главную роль играет изменение E. Поэтому в первом приближении анализ влияния температуры на I 1, I 0 сводится к изучению влияния изменения E на токи при фиксированных значениях U, E, E и R.

Рисунок 1.10 – Влияние температуры на проходные характеристики транзистора Предположим, что при средней расчетной рабочей температуре T режим критический. Понижение температуры, как видно из рис.1.10, вызовет уменьшение высоты импульса тока и угла отсечки. При этом I 1 уменьшится и режим станет недонапряженным. Увеличение температуры, как следует из рис.1.10, приводит к увеличению I 1 и U I 1 R, а значит, к перенапряженному режиму. При этом из-за появления провала в импульсе тока рост I 1, I 0 с увеличением T будет небольшим (рис.1.11). Однако рассеиваемая на коллекторе мощность будет несколько увеличиваться, и вызывать дополнительный разогрев транзистора.

Анализ влияния вариаций T и других параметров на режим ГВВ показывает необходимость в специальных мерах для стабилизации режима активного элемента в ГВВ. Стабилизировать режим при изменении одного или нескольких параметров можно, регулируя (желательно автоматически) какой-либо параметр так, чтобы основные энергетические параметры P1,, P поддерживались неизменными. Например, уменьшение E, вызванное ростом температуры, можно скомпенсировать, уменьшив напряжение смещения E.

Рисунок 1.11 – Зависимости амплитуды первой гармоники и постоянной составляющей тока коллектора от температуры транзистора 1.1.6 Нелинейная модель биполярного транзистора При изучении транзисторов с учетом их инерционных свойств недостаточно использовать статические характеристики. Связь между токами и напряжениями в этом случае определяется системой нелинейных дифференциальных уравнений.

Процессы в биполярных транзисторах в значительной части диапазона рабочих частот удовлетворительно описываются нелинейной зарядовой моделью [1] (рис. 1.12), определяющей связь токов коллектора i и базы i с избыточным Рисунок 1.12 – Нелинейная зарядовая модель биполярного транзистора зарядом q неосновных носителей в базе и зарядом барьерных емкостей эмиттерного C и коллекторного C переходов. Емкость C принято разделять на две составляющие C. C., (1.1) C где C. - емкость активной части, расположенной непосредственно под эмиттером, C. - емкость оставшейся, пассивной части перехода.

Исходя из рис.1.12, запишем выражения для части токов ( i., i. ) биполярного транзистора q dq q, (1.2) i.

i.

dt Здесь i. - ток коллекторного генератора тока, управляемого избыточным зарядом в базе;

i. - ток базы теоретической модели;

- среднее время пролета носителей через базу;

- среднее время жизни неосновных носителей в базе.

Величину можно оценить по приводимой в справочниках граничной частоте h21. Последнее соотношение вытекает 1,a непосредственно из (1.2), поскольку статический коэффициент передачи тока базы i.

. (1.3) h i. dq dt При использовании метода заряда считается, что накопленный в базе заряд связан с напряжением на эмиттерном переходе безынерционной зависимостью q Q ee 1, (1.4) где - обратный тепловой ток базы;

- температурный kT Q I.. e потенциал (при T 290K 1 ).

q Из (1.2) видно, что составляющая тока коллектора также i.

безынерционно связана с зарядом q, а, следовательно, и с напряжением на переходе. Фактически ток i. определяется градиентом заряда q у коллекторного перехода, изменение которого запаздывает на время порядка долей относительно изменения интегрального заряда q. Пренебрежение этим запаздыванием определяет область частот 1, где рассматриваемая модель применима.

Согласно зарядовой модели (см. рис. 1.1) полные выражения для токов имеют вид de i. i., (1.5) i i i. C i.

dt где токи i. и i. определяются по (7.2), a ток смещения через i.

суммарную емкость C :

d e e d e e (1.6) i. C. C.

dt dt Дополним (1.2) - (1.6) дифференциальным уравнением для напряжения на переходе. Для этого в соответствии со схемой рис. 7.1 запишем составляющую тока базы, протекающую через эмиттерный переход, de i. i. C dt как сумму токов через сопротивление базы и емкость C. :

e e d e e de.

i. C C.

dt r dt Подставив сюда i. из (1.2), получим de de q dq (1.7) e r C C. e C.

dt dt dt Система уравнений (1.2) - (1.7) определяет процессы в транзисторе, работающем в активной области и области отсечки. Для инженерных расчетов усилителей мощности и умножителей частоты малой кратности нелинейную зависимость (1.4) в области рабочих значений накопленного заряда можно заменить кусочно-линейной:

, (1.8) q C e E C e E e E где C - средняя для рабочей части активной области диффузионная емкость;

E - напряжение отсечки (индекс здесь и далее показывает, что транзистор открыт).

Подставив (7.8) в (7.2), получим аппроксимированные характеристики токов теоретической модели C E, (1.9) i. e E S e e E d e E, (1.10) i. C r dt где S, - усредненные крутизны коллекторного и базового токов по r напряжению на переходе, причем C C S,.

S r h Дифференциальные параметры зарядовой модели ~ di.

~ S ~ dq,, S C ~ r h de de при Q линейно зависят от тока коллектора:

q i.

~ i.

i.

q ~,, S C ~ r h Поэтому для повышения точности расчетов при применении кусочно-линейной аппроксимации характеристик транзистора (1.8) - (1.10) необходимо учитывать рабочую высоту импульса коллекторного тока i.. Рекомендуется брать усредненные параметры равными их дифференциальным, S, r значениям при токе i. 0,5 i. и проводить аппроксимирующую прямую через точку, соответствующую току i..

В статическом режиме ток коллектора i равен току генератора i., а напряжение e e i r. Пример аппроксимации статических характеристик i e и i e показан на рис. 1.13.

Аппроксимированные характеристики определяются соотношениями, (1.11) i S e E e E, (1.12) i S e E e E K где S K - средний для активной области коэффициент K S ;

;

S r деления напряжения во входной цепи транзистора на низких частотах Рисунок 1.13 - Статические характеристики, соответствующие зарядовой модели, и их аппроксимация r U (1.13) K U r r Принятой полигональной аппроксимации соответствует кусочно-линейная высокочастотная модель биполярного транзистора (рис. 1.14).

Рисунок 1.14 – Кусочно-линейная высокочастотная модель биполярного транзистора для областей активной и отсечки Для упрощения анализа нелинейные емкости C., C. и C здесь также заменены постоянными, равными средним для рабочих интервалов напряжений значениям. При замкнутом положении ключа ( ) транзистор находится в активной области, а при разомкнутом - в области отсечки. Переход из одной области в другую происходит в тот момент, когда напряжение на переходе e проходит через напряжение отсечки E.

1.1.7 Формы токов биполярного транзистора с учетом его инерционности при возбуждении от источника напряжения Рассчитаем временные зависимости токов транзистора [1], принимая, как и ранее, что напряжение на входе является гармоническим E U cos, (1.14) e t В соответствии со схемой, приведенной на рис. 1.14, для определения формы импульсов токов i, i необходимо найти зависимость e. Составим уравнение для e, полагая C. C. 0.

Введем постоянные времени входной цепи открытого и закрытого транзистора K r C C, (1.15) r C S EE и параметр.

cos U Угол отсечки называется низкочастотным, так как он определяет отсечку тока коллектора при 0. Заменив в (1.7) нелинейную зависимость q e кусочно-линейной (1.8), получим дифференциальное уравнение относительно e для открытого и закрытого транзистора de E ;

(1.16) e E K U cos cos, e S d de E.

e E U cos cos, e d При напряжение на переходе e в области отсечки равно входному и транзистор открывается при. В этот момент e становится равным E и продолжает возрастать. Поэтому вступает в силу первое уравнение (1.16). Его решение при начальном условии e E имеет вид e E K U cos cos, (1.17) S S cos cos e S 2 1 S S где S arctg S.

Решение содержит вынужденную e. (первое слагаемое в фигурных скобках) K U и свободную e. (второе слагаемое) составляющие. Амплитуда и 1 S фаза вынужденной составляющей определяются модулем и фазой S U коэффициента передачи напряжения в активной области:

U U K (1.18) K U 1j S Временные диаграммы напряжения на переходе e, его составляющих и токов i., i, i рассчитанные при C. C. 0 по (1.9), (1.10), показаны на рис. 1.15.

Из рис. 1.15, а видно, что транзистор открывается в момент, когда e E. На низких частотах транзистор закрылся бы при.

Однако на высоких частотах импульс напряжения e в активной области и повторяющий его форму импульс тока i i. (1.9) имеют затянутый фронт ( de 0 при ), что обусловлено процессом заряда диффузионной емкости.

d Максимумы этих импульсов запаздывают относительно максимума e на угол, несколько меньший величины arctg S. В результате транзистор S запирается позже, при, и импульс тока i. расширяется.

Базовый ток на рис.1.15,г построен как сумма двух составляющих, одна из которых пропорциональна напряжению e E, другая - производной от него.

Рисунок 1.15 – Временные диаграммы напряжения на входе e, эмиттерном переходе e, токов коллектора i., базы i и эмиттера i при возбуждении биполярного транзистора от генератора напряжения e E Первая составляющая есть ток через сопротивление r, i r de вторая i 2 - зарядный ток диффузионной емкости, причем i 2 0, C dt de когда 0, т. е. емкость разряжается. Это обусловливает отрицательный dt выброс в токе базы.


Отрицательный выброс наблюдается и в эмиттерном токе, поскольку i i i (рис.1.15, д).

Характерным для рассматриваемых диаграмм является момент, соответствующий углу, когда напряжение на переходе e и ток коллектора i принимают максимальные значения. Угол определяется из условия de 0. При первое слагаемое в (1.16) пропадает, что позволяет записать d, (1.19) e E K U cos cos откуда согласно (1.9) и равенству S K S получим i. i SU cos cos Зависимости угла запирания, момента максимума от угла отсечки при разных значениях S приведены на рис.1.16.

Штрихпунктирными линиями показаны границы перехода транзистора в линейный режим работы (класс А). Как видно, при уменьшении угла отсечки уменьшаются от своих граничных значений до нуля при 0.

, Рисунок 1.16 – Зависимости угла запирания (сплошные линии), момента максимума (штриховые линии) от угла отсечки 1.2 Компьютерные технологии анализа и оптимизации генераторов с внешним возбуждением В последнее время разработаны и продолжают совершенствоваться компьютерные методы проектирования ГВВ [4, 6-10, 12, 15-18, 20, 37-45], использующие современные математические модели электронных приборов.

Это направление в анализе и синтезе ГВВ весьма перспективно, поскольку оно позволяет максимально учитывать особенности транзисторов на высоких и сверхвысоких рабочих частотах, использовать новые зарубежные технологии в проектировании и конструировании радиопередатчиков.

Новые информационные технологии в проектировании и изготовлении радиопередающих устройств в литературе освещены недостаточно полно.

Методика проектирования радиопередатчиков на отечественной элементной базе наиболее полно изложена в [2, 3].

Однако данная методика не позволяет в полной мере реализовать возможности зарубежной элементной базы, а также не ориентирована на компьютерное моделирование.

Одним из наиболее эффективных методов исследования и оптимизации сложных радиотехнических устройств, в частности, генераторов с внешним возбуждением в режиме большого сигнала является компьютерное моделирование на основе использования пакета программ Microwave Office.

1.2.1 Методические указания по использованию пакета Microwave Office Запуск программы Microwave Office Для того чтобы начинать работу с Microwave Office, щелкните кнопку Пуск на панели задач Windows. Выберите команду Программы AWR Suite 2002AWR Design Environmtnt. Щелкните клавишей название программы (рис.1.17). На экране монитора появится заставка и затем Главное окно программы Microwave Office.

Рисунок 1.17 – Пуск программы Microwave Office Рисунок 1.18 – Главное окно программы Microwave Office Главное окно содержит линейку всех необходимых компонентов данной среды проектирования.

File - файл, Project - проект, Simulate - моделирование, Options -параметры, Windows - окно, Help - справка.

Рисунок 1.19 – Линейка компонентов среды проектирования.

Ниже расположены кнопки. Назначение активных кнопок можно узнать из всплывающих подсказок, подведя курсор мыши и задержав его на несколько секунд.

Главное окно содержит также четыре закладки:

Закладка Proj (Project View) - окно просмотра проекта, расположено в левой части Главного окна (рис. 1.20) и имеет полную законченную иерархическую структуру:

Рисунок 1.20 – Структура закладки Proj Design Notes – блок комментариев предназначен для внесения сопроводительной информации в проект.

- Project Options – блок опций (задание частот, единиц измерений и пр.) - Global Definitions – блок глобальных определений служит для описания переменных.

- Data Files – группа внешних файлов данных добавленных к проекту.

- System Diagrams – группа системных диаграмм, анализируемых программой VVS (Visual System Simulator) - Circuit Schematics – группа схемотехнических модулей отображает список всех частей проекта, заданных в виде электрических схем.

- EM Structures – группа электромагнитных (EM) структур отображает список всех частей проекта, заданных в виде EM структур.

- Conductor Materials – группа проводящих материалов содержит список всех проводящих материалов, используемых в EM структурах проекта.

- Output Equations – блок выходных выражений служит для определения переменных, получаемых их рассчитанных характеристик.

- Graphs – группа отображения результатов расчета содержит все графики, диаграммы и таблицы, полученные в процессе моделирования.

- Optimizer Goals – группа целей оптимизации содержит список рассчитываемых характеристик, которые необходимо оптимизировать в процессе работы с проектом. По этим характеристикам с учетом заданных весовых коэффициентов строится целевая функция проекта.

- Yield Goals – группа статистического анализа содержит список характеристик, которые необходимо рассчитать с учетом случайного изменения заданных параметров элементов проекта.

- Output Files – группа формирования выходных файлов содержит список файлов в различных форматах, которые формируются по итогам моделирования.

- Wizards – ассистент проектов содержит ряд новых возможностей, которые можно внедрить в проект: утилита синтеза фильтров (Filter Synthesis), утилита расчета нагрузочных линий (Load Pull) и утилита переменных параметров (Swept Variable).

- Scripting – группа скриптов содержит описания моделей и алгоритмов моделирования в виде файлов, описанных на языке C++.

Закладка Elem (Element Browser) - просмотр элементов.

Закладка Var (Variable Browser) -просмотр величин элементов.

Закладка Layout (Layout Browser) - топология.

Перейдем к пошаговому рассмотрению методики проектирования и оптимизации с помощью программных средств Microwave Office.

Шаг 1: Начать новый Проект Из меню File (файл) выбрать New Project (новый проект). Далее выберите Save Project As и задайте имя проекту, например, UM и нажмите кнопку Сохранить.

Шаг 2: Создать новую схему Открыть меню Project (проект), Add Schematic (добавить схему), выбрать команду New Schematic (новую схему) Рисунок 1.21 – Подготовка к созданию новой схемы В форме Create New Schematic можно оставить Untitled 1, либо ввести название для новой схемы, например, BFG591. Далее нажмите OK.

Шаг 3: Активизация окна просмотра элементов Щелкните на закладке Elem.

Рисунок 1.22 – Окно просмотра элементов Шаг 4: Размещение элементов схемы - Щелкните + Nonlinear BJT (рис. 1.22). Схватите и перетащите в окно BFG591 элемент GBJT3.

В окне BFG591 появится условное изображение транзистора (рис. 1.23).

Рисунок 1.23 – Изображение транзистора в среде проектирования Шаг 5: Перемещение поясняющего текста в схеме Для лучшего восприятия схемы пояснительный текст можно перемещать по схеме. Для этого достаточно подвести курсор к тексту, щелкнуть левой клавишей мыши и перетащить текст в нужное место.

Шаг 6: Ввод SPICE-параметров на примере транзистора BFG591.

Основными характеристиками транзистора являются Spice – параметры, с которыми можно ознакомиться на сайтах фирм производителей зарубежных транзисторов [19]. Данные характеристики предназначены для моделирования линейных и нелинейных электрических схем в статическом режиме (DC), временной (transient) и частотной областях (AC).

Электрическая схема может содержать резисторы, конденсаторы, индуктивности, источники напряжения и тока, длинные линии, ключи и пять типов полупроводниковых приборов: диоды, биполярные транзисторы (BJT), полевые транзисторы (JFET), арсенид-галлиевые транзисторы (MESFET) и МОП-транзисторы (MOSFET).

Для ввода в компьютер Spise-параметров транзистора делаем двойной щелчок по элементу изображенному в окне BFG591. Открывается окно Edit Element GBJT3 (рис. 1.24).

Рисунок.1.24 – Окно для ввода SPICE-параметров транзистора Устанавливая поочередно в окне parameters (параметр) транзистора, вводим соответствующие значения этих параметров в окно value (рис. 1.24) из табл.1.1.

В таблице 1.1 приведены Spise-параметры из технической документации на транзистор BFG591.

Таблица 1.1 – Spise-параметры транзистора BFG № Имя Параметр Един Знач п/ ицы ение п изме рени я IS Ток насыщения.

1 m 1. A e- BF Максимальный 2 - 123. коэффициент усиления тока базы в нормальном режиме в схеме с ОЭ.

NF Коэффициент 3 - 0. неидеальности перехода в нормальном режиме.

VAF Напряжение Эрли в V 75. номальном режиме.

IKF Ток начала спада 5 m зависимости BF от тока A коллектора в нормальном режиме.

ISE Обратный ток 6 m 2.32e эмиттерного перехода.A - NE Коэффициент 7 - 2. неидеальности эмиттерного перехода в нормальном режиме.

BR Максимальный 8 - 10. коэффициент усиления тока базы в инверсном режиме в схеме с ОЭ.

NR Коэффициент 9 - 1. неидеальности перехода в инверсном режиме.

VAR Напряжение Эрли в 10 V 1. инверсном режиме.

IKR Ток начала спада 11 m 294. зависимости BF от тока A эмиттера в инверсном режиме.

ISC Обратный ток 12 m 2.11e коллекторного перехода. A - NC Коэффициент 13 - 997. неидеальности коллекторного перехода в нормальном режиме.

RB Объемное 14 Oh сопротивление базы. m IRB Ток базы, при котором 15 m 0. сопротивление базы Rb A уменьшается на 50% полного перепада между RB и RBM.

RB Минимальное 16 Oh сопротивление базы при m M больших токах.

RE Объемное 17 Oh 1. сопротивление эмиттера. m RC Объемное 18 Oh 0. сопротивление коллектора. m CJE Емкость эмиттерного 19 pF 3. перехода при нулевом смещении.

VJE Контактная разность 20 V 0. потенциалов перехода база-эмиттер.

MJE Коэффициент, 21 - 0. учитывающий плавность эмиттерного перехода.

TF Время переноса заряда 22 ns 0. через базу в нормальном режиме.

XTF Коэффициент, 23 - 71. определяющий зависимость TF от смещения база коллектор.

VTF Напряжение, 24 V 10. характеризующее зависимость TF от смещения база коллектор.

ITF Ток, характеризующий 25 m зависимость TF от A тока коллектора при больших токах.


PTF Дополнительный 26 - фазовый сдвиг на граничной частоте транзистора freq=1.0/(TF*2PI) Гц.

CJC Емкость коллекторного 27 pF 1. перехода при нулевом смещении VJC Контактная разность 28 V 0. потенциалов перехода база-коллектор.

MJC Коэффициент, 29 - 0. учитывающий плавность коллекторного перехода.

30 XCJ Коэффициент - 0. расщепления емкости база – коллектор.

31 TR Время переноса заряда ns 543. через базу в инверсном режиме.

32 CJS Емкость коллектор- pF подложка при нулевом смещении.

33 VJS Контактная разность V 0. потенциалов перехода коллектор-подложка.

34 MJS Коэффициент, - учитывающий плавность перехода коллектор подложка.

35 XTB Температурный - коэффициент BF и BR.

36 EG Ширина запрещенной EV 1. зоны.

37 XTI Температурный - коэффициент IS.

38 KF - - 39 AF - - 40 FFE - - 41 FC - - 0. 42 TYP - - E 43 NK - - 44 TNO - De gC M 45 KB - - 46 AB - - 47 FB - - 48 TSS - - 49 NS - - 50 TS - ns 51 LB - nH 1. 52 LE - nH 0. 53 LC - nH 54 AFA - - C Шаг 7: Составление эквивалентной модели транзистора, учитывающей паразитные реактивные элементы корпуса Для составления данной модели используется закладка Elem. Щелкните + Lumped Element Capacitor. Схватите и перетащите в окно BFG591 три элемента CAP. Щелкните Inductor. Схватите и перетащите три элемента IND.

Введите номиналы паразитных элементов схемы в соответствие с техническим описанием на транзистор. Эквивалентная модель транзистора, учитывающая паразитные емкости и индуктивности корпуса, в котором расположен кристалл, представлена на рис. 1.25.

Шаг 8: Преобразование эквивалентной модели транзистора BFG591, Для преобразования модели транзистора необходимо открыть меню Project (проект), Add Schematic (добавить схему), выбрать команду New Schematic (Новую схему), в форме Create New Schematic ввести название для новой схемы, печатая поверх Schematic 1, IVCurve. Нажать OK.

Рисунок 1.25 – Эквивалентная схема транзистора BFG с учетом паразитных параметров корпуса Далее необходимо выбрать закладку Elem, Subcircuits, элемент BFG591 и перенести его на вновь созданную схему IVCurve (рис. 1.26).

Рис. 1.26 – Преобразование модели транзистора BFG Модель транзистора представлена на рис. 1.26 в виде трех-полюсника. Для изменения символа модели необходимо дважды щелкнуть по элементу, появится окно правки элемента (Edit Element). Нажать кнопку Выбор символа (Change Symbols на рис. 1.27).

Рисунок 1.27 – Выбор символа В появившемся окне Replaсe Symbol замены) выбрать (символ BJT3@system.syf и нажать ОК (рис. 1.28).

Рисунок 1.28 – Замена символа транзистора Символ изменится на стандартный значок транзистора структуры npn (рис.

1.29).

Рисунок 1.29 – Компьютерная модель транзистора BFG Полученная компьютерная модель транзистора BFG591 в среде программирования Microwave Office описывается Spise-параметрами и учитывает также паразитные элементы корпуса.

1.2.2 Методика построения семейства статических характеристик транзистора Для построения семейства статических характеристик транзистора BFG рассмотрим вначале его основные предельно допустимые параметры, которые известны из технической документации на транзистор.

VCBO напряжение коллектор база при открытом эмиттере 20 V VCES напряжение коллектор эмиттер при RBE = 015 V ICDC максимальный ток коллектора...........120 mA максимально допустимая мощность Ptot при Ts = 1400.............................................650 mW hFE DC коэффициент усиления по току при IC = 40 mA;

VCE = 8 V;

Tj = 25 0C.............. Воспользуемся результатами предыдущих разделов, в частности, в окне IVCurve (рис. 1.29) построим компьютерную схему измерения семейства статических характеристик транзистора BFG591 и перейдем к методике построений.

Шаг 1: Составление компьютерной схемы измерения Для задания инструментов измерения необходимо перейти к закладке Elem, +MeasDevice IV выбрать измеритель IVCURVE (рис. 1.30) и перенести его на схемотехнический рисунок (рис. 1.31).

Рисунок 1.30 – Выбор инструмента для измерения Рисунок 1.31 – Выделение измерителя на схеме Подключение измерительного прибора к модели транзистора производится в соответствии с рис. 1.32.

Рисунок 1.32 – Принципиальная схема измерения семейства статических характеристик.

Для введения требуемых параметров измерения необходимо подвести к изображению курсор, щелкнуть левой клавишей мышки. В результате область рисунка вокруг измерителя окажется выделенной четырьмя квадратиками.

Подвести курсор на выделенную область и дважды щелкнуть левой клавишей мышки.

В появившемся окне Edit Element (рис. 1.33) правки элемента выставить параметры измерения в соответствии с технической документацией на транзистор.

Рисунок 1.33 – Установка параметров измерения статических характеристик Причем VSWEEP_stop определяет максимальное постоянное напряжение на коллекторе, VSTEP_stop определяет максимальное постоянное напряжение на базе транзистора (соответствует максимальному коллекторному току).

VSWEEP_stаrt и VSWEEP_step – начальное значение и шаг изменения напряжения на коллекторе. VSTEP stаrt VSTEP_stop - начальное значение и шаг изменения напряжения на базе.

Шаг 2: Добавление графика для статических характеристик Для построения семейства зависимостей тока коллектора от напряжения на коллекторе при различных напряжениях на базе транзистора в проект нужно добавить график. На основной панели найдите кнопку Add Graph (добавить график) и щелкните ее. Появиться окно Create Graph (формат графика) Рисунок 1.34 – Выбор вида графика Выбираем график в декартовой системе координат Rectangular и вводим в окно Graph name его имя IVCurve. Нажимаем ОК.

Появится окно графика IVCurve (рис. 1.35).

Рисунок 1.35 – Окно для вывода семейства статических характеристик транзистора Шаг 3: Выбор параметров измерений Определяем инструмент измерения. Для этого в меню Project выбираем Add Measurement (добавить инструмент) Рисунок 1.36 – К определению инструмента измерений Нажимаем на левую клавишу мышки. В результате появится диалоговое окно (рис. 1.37).

Рисунок 1.37 – Выбор параметров измерений В окне Meas Type (тип измерения) выбирается Nonlinear Current (нелинейный ток). Выбирается IVCurve в окне Measurement. Далее в окне Data Source Name выбирается название схемы, в которой происходят измерения IVCurve. Нажимаются клавиши Apply и OK (рис. 1.37).

Шаг 4: Построение семейства статических характеристик Для получения выходных статических характеристик на верхней панели выбираем значок и нажимаем на левую клавишу мышки.

Analyze Происходит анализ схемы и на график (рис. 1.38) выводятся выходные статические характеристики транзистора BFG591.

Рисунок 1.38 – Выходные статические характеристики транзистора BFG 1.2.3 Методика построения динамических характеристик генератора с внешним возбуждением Режим работы транзистора определяется схемой включения. ГВВ радиопередатчиков для повышения коэффициента полезного действия (КПД) работают, как правило, с отсечкой выходного тока, т.е. в нелинейном режиме большого сигнала.

Рассмотрение методики построения динамических характеристик начнем с анализа работы схемы ГВВ.

Шаг 1: Составление компьютерной схемы ГВВ Воспользуемся результатами построений предыдущих разделов. В частности, исходной компьютерной моделью транзистора BFG591, представленной на рис.1.29. В окне Schematic2 по методике, рассмотренной ранее, строим компьютерную модель транзистора BFG591 и схему генератора с внешним возбуждением радиопередатчика (рис. 1.39).

Построение схемы рис. 1.39 начинается с активизации просмотра элементов.

Для этого щелкните на закладке Elem. Далее необходимо размещение элементов схемы в окне.

- Щелкните + Lumped Element, Inductor. Схватите и перетащите в окно Schematic2 один элемент IND. Щелкните Capacitor. Схватите и перетащите в окно Schematic2 два элемента CAP.

Рисунок 1.39 – Компьютерная схема ГВВ - Щелкните Resistor. Схватите и перетащите в окно Schematic2 один элемент RES.

- Щелкните Sourses. Схватите и перетащите в окно Schematic2 один элемент DCVS.

- Щелкните Meters. Схватите и перетащите в окно Schematic2 один элемент I_METER, один элемент V_METER.

Методика получения модели транзистора BFG591 в окне Schematic рассмотрена в предыдущих разделах.

Для добавления порта щелкните + Ports, Harmonic Balance. Схватите и перетащите в окно Schematic2 элемент PORT_PS1.

Найдите кнопку Add Ground и щелкните ее. Присоедините изображение земли к схеме.

Для лучшего восприятия схемы пояснительный текст можно перемещать по схеме. Для этого достаточно щелкнуть на тексте и перетащить его в нужное место. Чтобы повернуть элемент на угол в 90-градусов подведите курсор к элементу схемы, нажмите правую клавишу мыши и щелкните на Rotate.

Рисунок 1.40 – Поворот элементов на схеме Соедините элементы схемы между собой как показано на рис.1.39 и введите номиналы элементов из схемы генератора с внешним возбуждением.

На рис. 1.41 показана схема включения порта и его параметры.

Рисунок 1.41 – Параметры порта Здесь Z-сопротивление источника, Pstart- нижняя граница мощности, Pstop верхняя граница мощности, Pstep- шаг изменения мощности.

На рис. 1.42 представлена схема подачи нулевого смещения в цепь базы транзистора для обеспечения угла отсечки коллекторного тока 900.

Рисунок 1.42 – Схема питания цепи базы транзистора Здесь L1 – блокировочный дроссель, C1- разделительный конденсатор.

Рисунок 1.43 – Схема включения источника коллекторного питания и нагрузки Здесь C2 - блокировочный конденсатор, R1 – сопротивление нагрузки.

Рисунок 1.44 – Схема включения измерителя тока коллектора Рисунок 1.45 – Схема включения измерителя напряжения на коллекторе.

Шаг 2: Задание рабочего диапазона частот Для задания рабочего диапазона частот, сначала перейдите обратно в Проект нажимая на закладку Proj расположенную внизу основного окна. Наведите курсор мышки на Project Options, вверху окна и дважды щелкните. Появится окно Project Options. Выберите закладку Frequency Values и в появившихся окнах Modify Range установить начало ( 290 MHz ) и конец ( 310 MHz ) рабочего диапазона частот, шаг 1 MHz. Отметить точкой Replace и нажать на кнопку Apply. Размерность частот ( MHz ) предварительно устанавливается в окне Data Entry Units.

Рисунок 1.46 – Установка диапазона рабочих частот Шаг 3: Построения динамических характеристик Для построения динамических характеристик необходимо проделать следующее:

- выделяем график IVCurve;

- в меню Project выбираем Add Measurement. Появляется меню анализа (рис. 1.47 2.32);

- в окне Meas.Type выбираем Nonlinear Current;

- в окне Measurement выбираем IVDLL;

- в окне Data Source Name определяем схему в которой производится анализ ( в нашем случае Schematic2 ) - в окне Voltage Measure Component выбираем инструмент, измеряющий напряжение V_METER.VM1;

- в окне Current Measure Component выбираем инструмент, измеряющий ток I_METER.AMP1;

- в окне Frequency Swp Index устанавливаем значение 11, что соответствует частоте анализа 300 МГц;

Рисунок 1.47 – Установка параметров для измерения динамических Характеристик - в окне Power Swp Index устанавливаем значение 12, что соответствует dBm мощности на выходе порта;

- нажимаем кнопку ОК.

Построения динамических характеристик производится на статических характеристиках. Для анализа работы схемы нажмите на кнопку, которая выглядит похожей на след молнии. В результате на графике IVGurve построена динамическая характеристика исследуемого генератора с внешним возбуждением (рис. 1.48). По виду полученной характеристики можно судить о режиме и характере нагрузки.

Рисунок 1.48 – Динамические характеристики генератора с внешним возбуждением Шаг 4: Построения временных характеристик Для наглядности с помощью включенных в цепь коллектора измерительных приборов можно построить временные зависимости тока коллектора и напряжения на коллекторе в рабочем диапазоне частот.

Рисунок 1.49 – Временная зависимость тока коллектора и напряжения на коллекторе Рисунок 1.50 – Временная зависимость напряжения на коллекторе 1.2.4 Методика измерения входного сопротивления ГВВ Рассмотрение методики измерения входного сопротивления начнем с составления компьютерной схемы измерения входного сопротивления ГВВ.

Шаг 1: Составление компьютерной схемы ГВВ Воспользуемся результатами построений предыдущих разделов. В частности, исходной компьютерной моделью транзистора BFG591, представленной на рис.1.29, а также схемой рис.1.40. Полагаем при этом, что сопротивление нагрузки генератора с внешним возбуждением выбрано оптимально с помощью динамических характеристик по методике, изложенной в предыдущем разделе.

В качестве порта выбираем элемент в разделе Ports, Harmonic Balance, Port1 (рис.1.51).

Рисунок 1.51 – Выбор порта исследуемой схемы В параметрах порта указывают следующие значения Z=50, Prw=10, Ang=0, где Z-сопротивление источника, Prw-мощность подводимая от источника, Ang фазовый сдвиг формируемый в источнике сигнала.

Рисунок 1.52 – Компьютерная схема измерения входного сопротивления ГВВ Шаг 2: Задание рабочего диапазона частот Для задания рабочего диапазона частот, сначала перейдите обратно в Проект нажимая на закладку Proj расположенную внизу основного окна. Наведите курсор мышки на Project Options, вверху окна и дважды щелкните. Появится окно Project Options. Выберите закладку Frequency Values и в появившихся окнах Modify Range установить начало ( 290 MHz ) и конец ( 310 MHz ) рабочего диапазона частот, шаг 1 MHz. Отметить точкой Replace и нажать на кнопку Apply. Размерность частот ( MHz ) предварительно устанавливается в окне Data Entry Units.

Рисунок 1.53 – Установка рабочего диапазона частот Шаг 3: Задание графика входного сопротивления ГВВ Для задания графика выбираем в меню Project Add Graph (Добавить график). В результате появится окно (рис. 1.54), в котором необходимо выбрать форму представления результатов. Наиболее оптимальным является представление результатов в виде таблицы. Поэтому выбираем Tabular (табличная форма представления). Заменим название Graph 1 в окне Graph name на название LargeSignal_Tab. Нажимаем кнопку ОК. В результате появится окно таблицы.

Рисунок 1.54 – Задание таблицы входного сопротивления Для наглядности представления результатов анализа можно воспользоваться диаграммой Смита. Для этого в окне (рис. 1.54) выбираем Smit Chart.

Рисунок 1.55 – Задание диаграммы Смита входного сопротивления Шаг 4: Измерение входного сопротивления ГВВ Задаемся параметрами измерения. Для этого в меню Project выбираем Add Measurement (добавить инструмент). В результате появится диалоговое окно (рис. 1.56), в котором определяем параметры измерений.

Рисунок1.56 – Окно установки параметров измерений В окне Meas Type (тип измерения) выбираем Nonlinear Parameter (нелинейные параметры). В окне Measurement выбираем Zcomp. В окне Data Source Name выбираем название схемы LargeSignal _Zin. В окне Measurement Component (компонент измерения) устанавливаем Port1.

Далее задаемся индексом гармоники в окне Harmonic Index, который равен 1. В окне Power Swp Index (предел изменения мощности) устанавливаем значение равное 1. В ячейке Complex (Result Type) устанавливаем флажок.

Результат выбора параметров измерений представлен на рис. 1.56.

Для отображения входных сопротивлений выбираем на верхней панели значок Analyze, проводим компьютерный анализ. В результате получаем значения действительной и мнимой части входного сопротивления генератора с внешним возбуждением в заданном рабочем диапазоне частот (рис. 1.57, 1.58).

Рисунок 1.57 – Результаты измерений входного сопротивления ГВВ в табличной форме Рисунок 1.58 – Результаты измерений входного сопротивления ГВВ на диаграмме Смита 1.2.5 Оптимизация схемы ГВВ в режиме большого сигнала Результаты анализа динамических характеристик, а также измерений входного сопротивления ГВВ позволяют перейти к оптимизации параметров для обеспечения максимальной полезной мощности при высоком коэффициенте полезного действия.

Рассмотрим алгоритм оптимизации ГВВ с помощью пакета программ Microwave Office.

Шаг 1: Начать новый Проект Из меню File (файл) выбрать New Project (новый проект). Далее выберите Save Project As и задайте имя проекту, например, UM1 и нажмите кнопку Сохранить.

Шаг 2: Создать новую схему Открыть меню Project (проект), Add Schematic (добавить схему), выбрать команду New Schematic (новую схему) (рис.1.59).

Рисунок 1.59 – Создание новой схемы В форме Create New Schematic можно оставить Untitled 1, либо ввести название для новой схемы. Далее нажмите OK.

Рисунок 1.60 – Ввод имени новой схемы Шаг 3: Активизация окна просмотра элементов Щелкните на закладке Elem.

Шаг 4: Размещение элементов схемы Разместите в схемотехническом окне необходимые элементы исследуемого генератора с внешним возбуждением. Соедините элементы схемы между собой и введите номиналы элементов.

Рассмотрим для примера схему представленную на рис. 1.61.

Рисунок 1.61 – Исходная схема исследуемого ГВВ Шаг 5: Задание диапазона частот Для задания рабочего диапазона частот, сначала перейдите обратно в Проект, нажимая на закладку Proj расположенную внизу основного окна. Наведите курсор мышки на Project Options, вверху окна и дважды щелкните. Появится окно Project Options. Выберите закладку Frequency Values (рис. 1.62).

Рисунок 1.62 – Установка диапазона рабочих частот Введите начальную частоту Start 290 MHz, конечную частоту Stop 310 MHz и шаг 1 MHz. Щелкните на кнопке Apply (применить). В окне Current Range появится заданный диапазон (рис. 1.62). Нажмите OK.

Шаг 6: Добавление графиков Для построения зависимостей действительной и мнимой части входного сопротивления Z 11 от частоты в диапазоне 290…310 МГц в проект нужно добавить графики. На основной панели найдите кнопку Add Graph (добавить график) и щелкните ее. Появится окно (рис. 1.63) Create Graph (формат графика) Для построения (Graph1, Graph2) в окне Create Graph (рис. 1.63) выбираем прямоугольную систему координат (Rectangular).

Рисунок 1.63 – Выбор прямоугольной системы координат для первого и второго графиков Для построения третьего графика (Graph3) в окне Create Graph (рис. 1.64) выбираем диаграмму Смита (Smit Chart).

Рисунок 1.64 – Выбор диаграммы Смита для третьего графика Шаг 7: Выбор расчетных величин Задайте расчетные величины для первого графика. Щелкните правой клавишей на строке Graph 1 и выберите Add Measurement (добавить вычисления).

Появится следующая форма:

Рисунок 1.65 – Задание расчетных величин для первого графика В окне Meas. Type (тип вычислений) выберите Port Parameters. В окне Measurement (расчет) выберите Z (Z Parameters). В окне Data Source Name выберите Schematic 2. Выберите Real в окне Complex Modigier. Нажмите Add OK.

Задайте расчетные величины для второго графика. Щелкните правой клавишей на строке Graph 2 и выберите Add Measurement (добавить вычисления). Появится следующая форма:

Рисунок 1.66 – Задание расчетных величин для второго графика В окне Meas. Type (тип вычислений) выберите Port Parameters. В окне Measurement (расчет) выберите Z (Z Parameters). В окне Data Source Name выберите Schematic 2. Выберите Imag в окне Complex Modigier. Нажмите Add OK.

Задайте расчетные величины для третьего графика. Щелкните правой клавишей на строке Graph 3 и выберите Add Measurement (добавить вычисления). Появится следующая форма:

Рисунок 1.67 – Задание расчетных величин для третьего графика В окне Meas. Type (тип вычислений) выберите Port Parameters. В окне Measurement (расчет) выберите Z (Z Parameters). В окне Data Source Name выберите Schematic 2. Нажмите Add OK.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.