WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

КОНОНОВ  Алексей  Васильевич

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

НА УСТОЙЧИВОСТЬ РЕЖИМА И ШУМОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРНОГО АВТОГЕНЕРАТОРА

Специальность 05.12.04 —

Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена на кафедре Формирования колебаний и сигналов

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (НИУ МЭИ)

Научный руководитель:        ЦАРАПКИН Дмитрий Петрович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:        СМОЛЬСКИЙ Сергей Михайлович,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Радиоприёмных устройств НИУ МЭИ

КАРАЧЁВ Александр Анатольевич,

кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой Методики преподавания общетехнических дисциплин и трудового обучения МПГУ

Ведущая организация:        ОАО «Концерн радиостроения «Вега» (г. Москва)

Защита состоится 31 мая 2012 года в 15 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при НИУ МЭИ по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 17, аудитория А-402.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Учёный совет НИУ МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ МЭИ

Автореферат разослан 20 апреля 2011 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.157.05

кандидат технических наук, доцент                         Т.И. КУРОЧКИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Автогенераторы (АГ) электромагнитных колебаний составляют обширный класс автоколебательных систем в технике. В процессе развития радиофизики создавались и вводились в радиотехническую практику АГ на основе различных типов активных приборов (АП), обеспечивающих взаимодействие колебательной системы генератора с источником энергии. В современных радиотехнических системах и комплексах АГ обеспечивают высокий уровень таких жизненно важных параметров, как надёжность, точность и дальность обнаружения, помехозащищённость и т.д. Очевидно, что улучшение характеристик самих АГ даёт возможность улучшения характеристик использующих их систем.

Важнейшей задачей при проектировании АГ является обеспечение длительного существования стационарного режима, что возможно только в том случае, если данный стационарный режим устойчив. Вопросы устойчивости стационарного режима АГ достаточно подробно проанализированы в работах А.А. Андронова, А.А. Витта, С.Э. Хайкина, Ю.Б. Кобзарева, С.И. Евтянова, В.Н. Кулешова, С.М. Смольского, Д.П. Царапкина, В.М. Богачёва. Научные достижения в этой области позволили объяснить физические механизмы, приводящие к явлениям самомодуляции и прерывистой генерации, которые имеют место в АГ с инерционным автосмещением.

Между тем на сегодняшний день остаётся ряд малоизученных механизмов, способных нарушать устойчивую работу АГ. В представленной диссертации исследуется один из таких механизмов, который носит название внутренней тепловой обратной связи (ТОС), возникающей как следствие инерционности тепловых процессов в АП. ТОС является неотъемлемым свойством любого полупроводникового прибора, поскольку её возникновение обусловлено тем, что все основные электрофизические параметры используемого полупроводника зависят от температуры. Отсюда возникает зависимость радиотехнических параметров АП от рабочей температуры. Температура же активной зоны полупроводника зависит от выделения тепла протекающим током. На этой основе возникает ТОС: изменение режима порождает отклонение температуры, которое, в свою очередь, изменяет параметры АП, вызывая вторичное изменение режима, и т.д.

Существующая на сегодняшний день теория АГ с инерционным автосмещением осталась практически неизменной с тех времён, когда в качестве АП использовались радиолампы, для которых явление ТОС было попросту нехарактерным. Переход на полупроводниковую элементную базу влечёт за собой необходимость учёта температурной зависимости электрофизических параметров полупроводника и, как следствие, радиотехнических параметров АП и АГ в целом.

Очевидно, что анализ воздействия ТОС в АГ не представляется возможным без создания корректной электротепловой модели АП, а также оценки его теплового режима. В настоящее время вопросами разработки динамических моделей АП с учётом тепловых свойств в разных постановках занимаются российские учёные, такие как В.Ф. Синкевич, В.А. Сергеев, А.М. Ходаков, Г.З. Гарбер, А.В. Королёв. Значительные успехи в данной области моделирования достигнуты зарубежными специалистами, такими как Нюттинк (S. Nuttinck), Джебара (E. Gebara), Ласкар (J. Laskar), Сноуден (C. Snowden), Гроссман (P.C. Grossman), Хома (J. Choma), Морган (D.V. Morgan), Ващенко (V.A. Vashchenko). Согласно результатам исследований анализ теплового режима АП в составе АГ приобретает всё большую значимость на фоне разработки нового поколения транзисторов диапазона сверхвысоких частот, включая АП с гетероструктурой и АП, созданные на основе нанотехнологий.

Вместе с тем анализ режимов АГ является существенно неполным без учёта шумовых характеристик устройства. Развитие теории флуктуационных явлений применительно к воздействию шумов на спектр колебания АГ нашло своё отражение в многочисленных работах учёных разных школ, таких как Л.С. Понтрягин, Л.И. Мандельштам, И.Л. Берштейн, В.И. Тихонов, Р.Л. Стратонович, С.М. Рытов, А.Н. Малахов, С.И. Евтянов, В.Н. Кулешов, Д.П. Царапкин, А.Н. Бруевич, Ю.Л. Хотунцев, С.А. Корнилов. Научные труды этих учёных заложили основу изучения шумов в АГ. Важно также отметить вклад зарубежных коллег в исследования флуктуаций, таких как Пенфилд (P. Penfield), Блакьер (A. Blaquiere), ван дер Зил (A. van der Ziel), Муллен (J.A. Mullen), Ален (A.W. Allan), Лисон (D.B. Leeson), Рютман (J. Rutman), Уолс (F.L. Walls), Паркер (T.E. Parker), Дрискол (M.M. Driscoll).

В настоящее время систематизированные исследования применительно к воздействию ТОС на устойчивость режима и шумовые характеристики АГ практически отсутствуют, а сама ТОС изучается главным образом в связи с тепловыми процессами в усилителях на основе мощных транзисторов. Эффект влияния обратной связи подобного рода был частично описан в литературе при анализе лампового АГ с инерционной нелинейностью, где в качестве инерционного нелинейного элемента, ограничивающего нарастание амплитуды колебаний, служила металлическая нить, нагреваемая переменным током. В свою очередь, применительно к АГ на диодах Ганна феномен ТОС был исследован Д.П. Царапкиным, который детально обосновал необходимость учёта внутренней ТОС, неизбежно возникающей в АГ и приводящей в ряде случаев к деградации шумовых характеристик прибора. С этой точки зрения исследование режимов работы АГ, их оптимизация и совершенствование являются весьма перспективными и актуальными. Данные научные исследования, имеющие большое теоретическое и практическое значение, легли в основу дальнейшего изучения ТОС применительно к транзисторным АГ, которое находит своё отражение в настоящей работе.

Целью диссертационной работы является исследование проявлений внутренней ТОС в транзисторных АГ, а также изучение влияния ТОС на устойчивость стационарного режима АГ и его шумовые характеристики. Для достижения сформулированной цели в представленной диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

  • Создание электротепловых моделей биполярного (БТ) и полевого (ПТ) транзисторов с учётом характерных статических и динамических свойств АП;
  • Усовершенствование математической модели АГ с учётом ТОС и её обобщение на случаи недонапряжённого, критического и перенапряжённого режимов;
  • Анализ влияния ТОС на устойчивость стационарного режима АГ на транзисторах обсуждаемых классов. Разработка способа повышения запаса устойчивости и его экспериментальная проверка;
  • Анализ влияния ТОС на шумовые характеристики АГ. Разработка способа устранения деградации шумовых характеристик, вызванной воздействием ТОС;
  • Разработка методики экспериментального определения параметров тепловой эквивалентной схемы (ТЭС) АП.

Решение поставленных задач реализуется различными методами, такими как:

    • Методы математического и компьютерного моделирования;
    • Методы теории систем автоматического управления;
    • Методы теории колебаний (в частности, метод символических укороченных уравнений Евтянова);
    • Методы теории устойчивости и теории чувствительности;
    • Теория и методы дифференциального и интегрального исчисления;
    • Методы численного решения нелинейных дифференциальных уравнений.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

  1. Проведено детальное изучение влияния ТОС на устойчивость режима и шумовые характеристики транзисторного АГ;
  2. Выявлен новый тип неустойчивости стационарного режима АГ, являющийся следствием инерционности тепловых процессов в транзисторе, который может приводить к деградации шумовых характеристик устройства и возникновению самомодуляции выходного сигнала;
  3. Доказана возможность возникновения неустойчивости стационарного режима АГ при факторе регенерации меньшем двух единиц;
  4. Разработаны рекомендации по повышению запаса устойчивости стационарного режима с учётом воздействия ТОС и устранению деградации шумовых характеристик АГ, вызванной влиянием ТОС.

Практическая значимость работы состоит в том, что на основе полученных в ней результатов, значительно дополняющих существующие представления о механизмах нарушения устойчивой работы обсуждаемого класса устройств, уточняется методика проектирования прецизионных АГ с низким уровнем шумов выходного сигнала. На базе проведённого анализа разработаны способы предупреждения аварийных ситуаций в работе АГ, вызванных влиянием тепловой инерционности АП.

Реализация и внедрение результатов. По итогам диссертационной работы получен Акт об использовании результатов от промышленной организации ФГУП «НПП «Пульсар». В частности, в рамках НИОКР «Затвор» и «Дробинка» проведено моделирование применительно к тепловым процессам в мощных транзисторах и усилителях на их основе.

Полученные в диссертационной работе данные используются в лекционном курсе «Устройства генерирования и формирования сигналов» кафедры «Формирование колебаний и сигналов» для потока специалистов Радиотехнического факультета НИУ МЭИ.

В феврале 2010 г. Министерством образования и науки Российской Федерации автор представленной диссертации награждён медалью по итогам конкурса «Лучшая научная студенческая работа» (приказ Федерального агентства по образованию №641 от 15 июня 2009 г.).

Апробация результатов. Основные научные результаты и положения, выдвигаемые на защиту, апробированы на нескольких конференциях и научно-технических семинарах, включая международные:

  • Тринадцатая, четырнадцатая, пятнадцатая и семнадцатая международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (2007, 2008, 2009 и 2011 гг.);
  • Двадцать первый международный симпозиум ИИЭР (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, IEEE) по проблемам частоты, Женева, Швейцария, 29 мая-02 июня 2007 г. (The 21st EFTF-IEEE Frequency Control Symposium, Geneva, Switzerland, June 2007);
  • Международная научно-техническая конференция к 100-летию со дня рождения В.А. Котельникова, Москва, 21-23 октября 2008 г.;
  • Всероссийский научно-технический семинар «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания», Нижний Новгород, 27-29 июня 2010 г.;
  • Пятый научно-технический семинар по твердотельной СВЧ электронике «Практика применения тепловых моделей и расчётов при проектировании нового поколения СВЧ транзисторов и твердотельных модулей», ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, 29 сентября 2010 г.;
  • Шестой научно-технический семинар по твердотельной СВЧ электронике «Перспективы создания отечественной СВЧ электронной компонентной базы для высокоскоростных систем передачи информации 4-го поколения», ФГУП «НПП «Пульсар», Москва, 21 апреля 2011 г.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 11 печатных работах, среди которых 3 статьи в научно-технических журналах, входящих в перечень Высшей аттестационной комиссии, а также тезисы и сборники трудов 5 международных конференций, 1 симпозиума и 2 научно-технических семинаров.

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Учёт ТОС в математической модели АГ;
  2. Результаты исследования влияния ТОС на устойчивость стационарного режима и шумовые характеристики АГ;
  3. Способ повышения запаса устойчивости стационарного режима АГ с учётом воздействия ТОС и, как следствие, устранения деградации шумовых характеристик АГ, вызванной влиянием ТОС;
  4. Методика экспериментального определения параметров однозвенной ТЭС БТ.

Структура и состав работы. Диссертация состоит из пяти глав, заключения, библиографического списка из 148 наименований (включая научные труды автора), пяти приложений, а также списка основных сокращений и обозначений. Общий объём диссертации составляет 216 страниц, в том числе 94 рисунка и 15 таблиц.

ОНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе раскрывается актуальность темы диссертации, проводится обзор литературы по обсуждаемой теме, определяются цели и методы исследования, формулируются новые научные результаты, обосновывается практическая значимость, представляются основные положения, выносимые на защиту, а также приводятся сведения об апробации результатов диссертационной работы и список публикаций автора.

Методика анализа ТОС в транзисторных АГ базируется на математической модели АГ в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений. Исследование проводится на основе метода символических укороченных уравнений С.И. Евтянова в одночастотном приближении.

Первое по счёту дифференциальное уравнение, отражающее баланс энергии по первой (основной) гармонике, имеет вид

,  (1)

где и — комплексные огибающие управляющего напряжения и первой гармоники выходного тока АП соответственно; — оператор дифференцирования по времени. Величина была введена в 30-х годах прошлого века Н.М. Крыловым и Н.Н. Боголюбовым и названа управляющим сопротивлением. В укороченном виде применительно к одноконтурному АГ , где — управляющее сопротивление АГ на резонансной частоте колебательного контура ; и — нагруженная добротность и постоянная времени контура соответственно.

В 1940 г. С.И. Евтяновым впервые в модель АГ был введён учёт конечного времени накопления заряда в конденсаторах цепей автосмещения. Полагается, что цепь смещения на входном (выходном) электроде АП состоит из источника внешнего смещения и сопротивления автосмещения в цепи общего электрода АП. Считается также, что сопротивление автосмещения создаёт обратную связь только по низкочастотной составляющей тока. Без учёта падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника второе по счёту дифференциальное уравнение, описывающее процесс установления во времени напряжения смещения на управляющем электроде АП, может быть представлено в виде

, (2)

где — напряжение смещения на входном электроде АП относительно общего электрода; — постоянная составляющая тока общего электрода АП.

Известно, что существенное влияние на работу АГ могут оказывать параметры выходной цепи АГ, в частности, смещение на выходном электроде АП. Уточнение модели АГ в недонапряжённом режиме, а также её обобщение на критический и перенапряжённый режимы возможно посредством учёта дополнительного уравнения автосмещения

, (3)

где — напряжение смещения на выходном электроде АП относительно общего электрода.

Уравнения (1)–(3) являются стандартной основой для расчёта режимов АГ. Уточнение математической модели АГ посредством учёта механизма ТОС дополняет существующую теорию АГ с инерционным автосмещением.

Тепловое сопротивление , отображающее инерционность тепловых процессов и связывающее прирост температуры транзистора с уровнем теплового воздействия, может быть представлено последовательным соединением RC-звеньев с различными постоянными времени или эквивалентной лестничной структурой, дающей физически более точную модель (рис. 1).

Рис. 1. Эквивалентная схема,

отображающая инерционность тепловых процессов в АП

       Уравнение теплового баланса, описывающее влияние инерционного изменения температуры на режим АГ, предложено Д.П. Царапкиным и имеет вид

, (4)

где — температура окружающей среды; — мощность тепловых потерь.        Согласно уравнению (4) прирост температуры определяется избыточной тепловой энергией, накопленной в АП. Любое изменение мощности тепловых потерь, действуя через , вызывает запаздывающее изменение температуры активной области , которая, в свою очередь, воздействует на характеристики АП.

       Во второй главе разрабатываются многопараметрические электротепловые модели БТ и ПТ со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), отражающие сущность физических процессов, протекающих в АП. Выводятся соотношения, определяющие зависимость электрофизических характеристик АП от режима, частоты и температуры. Учитывается влияние индуктивностей выводов на частотные свойства АП. В качестве примера на основе представленных моделей проводятся численные расчёты статических и динамических характеристик маломощных высокочастотных транзисторов 2N702 и 2N4360 в зависимости от температуры.

На базе полных динамических электротепловых моделей обсуждаемых типов АП создаются соответствующие формализованные модели, учитывающие характерные тепловые свойства АП при работе в недонапряжённом и критическом режимах в случаях, когда инерционными свойствами транзистора можно пренебречь.

В третьей главе проводится анализ влияния ТОС на устойчивость стационарного режима АГ. Представленное исследование основывается на рассмотрении характеристического уравнения, вытекающего из системы уравнений первого приближения, описывающих процессы возмущений вокруг состояния равновесия.

Считается, что сопротивление автосмещения в цепи общего электрода АП представляет собой резистор , шунтированный конденсатором ёмкостью . В соответствии с этим , где — постоянная времени цепи автосмещения.

       Быстрые вариации мощности тепловых потерь изменяют температуру только в непосредственной близости к зоне тепловыделения, поэтому расчёт проводится на основе упрощённой ТЭС транзистора в виде одиночного инерционного звена, для которого , где — тепловая постоянная времени.

В стационарном режиме амплитуда и частота колебаний АГ, напряжения смещения и температура принимают постоянные значения, а исходная система дифференциальных уравнений (1)–(4) трансформируется в систему алгебраических трансцендентных уравнений:

;  (5)

;  (6)

;  (7)

;  (8)

. (9) 

Здесь — фаза средней крутизны по первой гармонике. В свою очередь, величина вводится для учёта поправки на частоту автоколебаний относительно .

       Баланс энергии (1) выполняется для любой точки диаграммы срыва (ДСр), то есть зависимости , определяемой уравнением (5). Фактический режим АГ находится как общая точка ДСр и диаграммы смещения (ДСм), представляющей зависимость и определяемую уравнением (6). Для конкретизации положения рабочей точки на ДСр вводится параметр , где — значение в точке критического режима. Рис. 2,а иллюстрирует ситуацию, когда выбором фактора регенерации (запаса по самовозбуждению) и фактора автосмещения рабочая точка АГ на БТ реализована в области недонапряжённого режима на ветви ДСр с отрицательным наклоном. Здесь — крутизна идеализированной проходной характеристики транзистора при температуре .

Рис. 2. Определение стационарного режима АГ (а) и границы области его устойчивости (б)

       

       В практических схемах АГ увеличение постоянной времени цепи автосмещения приводит сначала к переходу от неколебательных (лимитационных) процессов установления стационарных значений амплитуды и частоты колебаний к процессам колебательным. По мере нарастания инерционности автосмещения затухание этих процессов становится всё более медленным и, в конце концов, стационарный режим теряет устойчивость. Возникает режим самомодуляции автоколебаний, характеризующийся периодическим изменением во времени амплитуды и частоты колебаний, напряжений смещения и температуры. В некоторых случаях неустойчивость режима может сопровождаться прерывистой генерацией. Для подавляющего большинства АГ такой режим, как и режим самомодуляции, не является рабочим. Исследования показывают, что на устойчивость режима АГ, помимо инерционности автосмещения, может существенно влиять тепловая инерционность АП. Совокупность значений постоянной времени цепи автосмещения и тепловой постоянной времени, при которых стационарный режим устойчив, определяет область устойчивости данного стационарного режима с учётом ТОС. На рис. 2,б представлены результаты расчёта границ области устойчивости стационарного режима для случая . Длительность переходных процессов в АГ удобно масштабировать относительно постоянной времени колебательного контура. Поэтому вместо и в рассмотрение вводятся нормированные величины и . Значение определяет границу области устойчивости без учёта влияния ТОС.

       Рис. 3,а и рис. 3,б демонстрируют ситуацию, когда условия устойчивости стационарного режима нарушены. При этом переменные , , и подвержены самомодуляции. В результате в четырёхмерном пространстве формируется замкнутая кривая, проекция которой на плоскость представляет собой предельный цикл вокруг точки стационарного режима.

Рис. 3. Процесс установления температуры (а) и фазовая траектория (б) в режиме самомодуляции

На рис. 4 представлен результат расчёта границ области устойчивости для различных положений рабочей точки на ДСр () при значениях фактора регенерации и . Положение ДСм задаётся путём изменения начального смещения при . Повышение чувствительности АГ к вариации тепловых характеристик транзистора характерно для слабых по напряжённости режимов. Любые модификации области устойчивости стационарного режима при этом преимущественно возникают при значениях тепловой постоянной времени транзистора, соизмеримых с постоянной времени контура АГ. Реализуемая в перенапряжённом режиме рабочая точка АГ оказывается устойчивой при любых значениях и .

Случай, когда стационарный режим АГ реализуется при факторе регенерации , то есть на ветви ДСр с положительным наклоном, представляет особый интерес. Дело в том, что в соответствии с общепринятой методикой расчёта и анализа режимов АГ (без учёта влияния ТОС) стационарный режим устойчив при сколь угодно большой инерционности цепи автосмещения, если значение фактора регенерации не превышает двух единиц. Однако под воздействием ТОС формируется конечный порог устойчивости, о чём свидетельствует рис. 4,б. Неустойчивость режима — это новый, неизвестный ранее эффект, полностью обусловленный инерционностью тепловых процессов в АП.

Рис. 4. Границы области устойчивости стационарного режима АГ на БТ

при (а) и (б) для нескольких значений

       Уточнение ТЭС транзистора в виде учёта нескольких инерционных звеньев существенно дополняет математическую модель АГ. Так, например, для случая двухзвенной ТЭС БТ возможно появление новых зон неустойчивости, если тепловые постоянные времени звеньев соизмеримы по величине. Количественные результаты, иллюстрирующие такой эффект, представлены на рис. 5,а. Расчёт области устойчивости стационарного режима АГ проведён на плоскости нормированных значений постоянной времени цепи автосмещения и постоянной времени первого звена ТЭС АП , причём символу «ТЭС 1» соответствует расчёт на основе ТЭС АП, состоящей из одного инерционного звена, а символу «ТЭС 2» — расчёт с учётом двухзвенной ТЭС. В последнем случае параметры второго теплового звена выражаются через параметры первого с помощью коэффициентов и , где — постоянная времени второго звена ТЭС транзистора (рис. 1). В свою очередь, операторное выражение для теплового сопротивления можно представить в виде отношения двух полиномов: , где и .

Рис. 5. Границы области устойчивости стационарного режима АГ на БТ (а) и АГ на ПТ (б)

при (1); (2)  и (3) для

Показано, что АГ на ПТ в среднем менее чувствительны к вариации тепловых характеристик АП по сравнению с АГ на БТ. Обнаружено, что для таких АГ, функционирующих в недонапряжённом режиме, существуют условия, при которых воздействие ТОС приводит к эффекту расширения области устойчивости во всём диапазоне значений тепловой постоянной времени за счёт компенсации влияния температуры на режим транзистора. Данная ситуация продемонстрирована на рис. 5,б.

В четвёртой главе исследуется влияние ТОС на шумовые характеристики АГ, а также анализируются способы устранения деградации шумовых характеристик, вызванной воздействием ТОС. Рис. 6,а и рис. 6,б иллюстрируют, как приближение к границе устойчивости стационарного режима модифицирует энергетические спектры амплитудных и фазовых шумов АГ. Для удобства используются нормированные спектры, выраженные в децибелах, причём энергетический спектр амплитудных шумов нормируется к значению , а фазовых — к значению . В качестве аргумента выбирается обобщённая расстройка колебательного контура АГ относительно резонансной частоты — . Согласно расчётам увеличение шума может достигать нескольких десятков децибел в случае неудачного выбора постоянной времени цепи автосмещения при фиксированном уровне ТОС.

Рис. 6. Влияние инерционности цепи эмиттерного автосмещения

на энергетические спектры амплитудных (а) и фазовых (б) шумов АГ при

       На рис. 7,а представлен вариант коррекции в цепи автосмещения, предложенный С.И. Евтяновым и Се Си в качестве способа повышения запаса устойчивости стационарного режима АГ. В свою очередь, предлагаемый в диссертации альтернативный вариант приведён на рис. 7,б. При ссылке на анализируемые варианты используются соответствующие аббревиатуры: «КЦ 1» (1-й вариант корректирующей цепи) и «КЦ 2» (2-й вариант корректирующей цепи). 

Рис. 7. Варианты коррекции в цепи эмиттерного автосмещения АГ на БТ КЦ 1 (а) и КЦ 2 (б)

Для удобства регулировки степенью коррекции применительно к схемам на рис. 7 вводятся обобщённые параметры и . Таким образом,

  • для КЦ 1:  и , где ;
  • для КЦ 2:  и .

Проводится выбор оптимального соотношения параметров и , при котором достигается максимально полезный эффект в виде расширения области устойчивости стационарного режима АГ и, как следствие, снижения степени деградации шумовых характеристик устройства. Влияние коррекции на энергетические спектры амплитудных и фазовых шумов АГ проиллюстрировано на рис. 8.

Рис. 8. Влияние коррекции на энергетические спектры амплитудных (а) и фазовых (б) шумов АГ

В пятой главе проводится обоснование предложенной автором методики идентификации параметров однозвенной ТЭС БТ. Соотношения для расчёта параметров представляются в аналитическом виде. В качестве примера экспериментально определяются тепловые константы транзистора КТ3102А.

Экспериментально подтверждается, что при работе АГ на БТ в недонапряжённом режиме при факторе регенерации меньшем двух единиц, то есть когда рабочая точка реализуется на ветви ДСр с положительным наклоном, существует возможность возникновения неустойчивости, сопровождаемой самомодуляцией колебаний.

Проверяется эффективность устранения неустойчивости стационарного режима АГ на БТ с помощью предложенной автором коррекции в цепи эмиттерного автосмещения.

В Заключении формулируются основные итоги и результаты диссертационной работы, состоящие в следующем:

  • Проведён детальный анализ влияния ТОС на устойчивость режима и шумовые характеристики АГ на транзисторах обсуждаемых классов;
  • Выявлен принципиально новый тип неустойчивости, являющийся следствием инерционности тепловых процессов в АП;
  • Обнаружено, что ТОС может существенно влиять на шумовые характеристики АГ, приводя в ряде случаев к их деградации;
  • Проанализированы способы повышения запаса устойчивости стационарного режима АГ и устранения деградации шумовых характеристик устройства, вызванной влиянием ТОС;
  • Предложена методика экспериментального определения параметров однозвенной ТЭС БТ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Кононов А.В., Царапкин Д.П. Тепловая обратная связь в транзисторных автогенераторах // Радиотехника, 2011, №3. С. 78-84.
  2. Кононов А.В. Исследование тепловой обратной связи в транзисторных автогенераторах на основе обобщённой электротепловой модели биполярного транзистора // Вестник МЭИ, 2011, №2. С. 110-118.
  3. Кононов А.В., Царапкин Д.П. Динамическая электротепловая модель биполярного транзистора // Вестник МЭИ, 2011, №4. С. 103-109.
  4. Кононов А.В. Влияние тепловой инерционности на режим автогенератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов тринадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. – М.: Издательство МЭИ, 2007, Т. 1. – С. 26.
  5. Царапкин Д.П., Кононов А.В. Тепловая обратная связь в транзисторных автогенераторах // Материалы 21-ого международного симпозиума ИИЭР (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, IEEE) по проблемам частоты, Женева, Швейцария, 29 мая-02 июня 2007 г. (на англ. яз.);
  6. Кононов А.В. Сравнительный анализ тепловой инерционности автогенераторов на биполярных и полевых транзисторах // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов четырнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. – М.: Издательство МЭИ, 2008, Т. 1. – С. 25.
  7. Царапкин Д.П., Кононов А.В. Исследование тепловой обратной связи в транзисторных автогенераторах // Международная научно-техническая конференция к 100-летию со дня рождения В.А. Котельникова: Тезисы докладов. – М.: Издательство МЭИ, 2008. – С. 86-88.
  8. Кононов А.В. Влияние тепловой обратной связи на устойчивость режима и шумовые характеристики транзисторного автогенератора // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. – М.: Издательство МЭИ, 2009, Т. 1. – С. 37-38.
  9. Кононов А.В. Тепловая обратная связь в транзисторных автогенераторах // СИНХРОИНФО-2010: Материалы международного научно-технического семинара «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов для связи и вещания», 27-29 июня 2010 г., Нижний Новгород / Под редакцией В.В. Шахгильдяна. – М.: Инсвязьиздат, 2010. – С. 77-79.
  10. Кононов А.В. Обобщённая электротепловая модель биполярного транзистора для исследования внутренней тепловой обратной связи в автогенераторах синусоидальных колебаний // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докладов семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. – М.: Издательство МЭИ, 2011, Т. 1. – С. 31-32.
  11. Кононов А.В. Устранение деградации шумовых характеристик автогенератора, вызванной влиянием тепловой обратной связи // СИНХРОИНФО-2011: Материалы международного научно-технического семинара «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях», 27-30 июня 2011 г., Одесса / Под редакцией В.В. Шахгильдяна. – М.: Брис-М, 2011. – С. 72-74.

Подписано в печать

16 апреля 2012 г.

Печ. л.

1,25

Тираж

100

Заказ

152

Полиграфический центр НИУ МЭИ, Красноказарменная ул., д. 13.

 





© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.