Генераторы с внешним возбуждением

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Генераторы с внешним возбуждением - устройства, предназначенные для генерирования, усиления и управления высокочастотными колебаниями в телекоммуникациях принято также называть “Радиопередающие устройства” или кратко “Передатчики”.

Усилители мощности в литературе по передатчика принято называть “Генераторами с внешним возбуждением”.

Рис.2. Структурная схема усилителя мощности (ГВВ)

Алгоритм разработки ГВВ:

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

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

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

Однако общего аналитического метода, который бы позволил выполнить анализ работы транзисторов в различных режимах и синтез оптимальных схемных и технологических решений без упрощения и приближения, настоящее время не существует.

Главной причиной такого положения являются инерционность процессов в транзисторах и нелинейность их характеристик.

Информационные технологии анализа и оптимизации генераторов с внешним возбуждением

Значительные результаты за рубежом достигнуты в области разработки нелинейных моделей биполярных и полевых транзисторов и создания инструментальных САПР для решения прикладных задач.

В базе данных AWR MWO имеются сведения о математических моделях применяемых элементов, в частности, транзисторов и их параметров.

Математическими моделям транзисторов, описываемых в общем случае системой нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка, соответствуют модели в виде эквивалентных схем и SPICE-параметров.

Модели биполярных транзисторов

Рассмотрим модели биполярных плоскостях транзисторов BJT (Bipolar Junction Transistors) и гетеротранзисторов HBT (Heterojunction Bipolar Transistors), которые в настоящее время широко применяются при разработке телекоммуникационных устройств.

Простейшей моделью биполярных транзисторов является модель Эберса - Молла BJT.

Модель Эберса - Молла адекватно описывает динамику работы транзистора во многих случаях. Однако, она не учитывает инерционные явления, которые возникают благодаря инерционности заряда в базе транзистора.

Учитываются эти важные явления в модели Гуммеля - Пуна BJT.

Модель Гуммеля - Пуна иногда называют зарядовой моделью потому, что она описывает ток коллектора, как функцию количества заряда в базе.

SPICE-параметры, являющиеся составной частью модели Гуммеля-Пуна транзистора в AWR MWO определяются типом выбранного транзистора.

В инструментальной среде AWR MWO имеется библиотека SPICE - параметров для транзисторов BJT.

Кроме того, в сети Internet существуют сайты производителей радиоэлектронных компонентов (NEC, Phillips, Motorola), содержащие SPICE - параметры.

Выбранным биполярным транзисторами BJT, исходя из требований технического задания при решении конкретных задач по диапазону рабочих частот, коэффициенту усиления, выходной мощности, собственным шумам, нелинейным искажениям, температурным режимам, помимо модели Гуммеля - Пуна могут соответствовать другие модели, в частности, модели Mextram, VBIC.

По существу, выбор транзистора, исходя из технических характеристик, автоматически определяет вид модели, которая наиболее адекватно описывает процессы, происходящие в нём.

Модель Mextram транзистора технологии BJT.

Модель VBIC транзистора технологии BJT.

Биполярный транзистор HBT на гетеропереходах, обладает рядом преимуществ по сравнению с биполярным плоскостям транзистора BJT.

Модель Анхольта биполярного транзистора технологии HBT.

Комбинация широкозонного эмиттера и узкозонной базы, малая толщина базы и высокая подвижность электронов в транзисторах технологии НВТ обуславливают хорошие высокочастотные характеристики.

В настоящее время область применения биполярных транзисторов разнообразна - мощные высокочастотные (ВЧ) усилители и автогенераторы в передающих устройствах, малошумящие усилители приёмников, широкополосный усилители для мобильных беспроводных систем.

Модели полевых транзисторов

В базе данных инструментальной среды проектирования AWR MWO имеются сведения о моделях следующих полевых транзисторов:

1. С управляющим переходом JFET (junction field-effect transistor).

2. На основе перехода металл-полупроводник (полевой транзистор с затвором на основе барьера Шотки) MESFEST (metal semiconductor field - effect transistor).

3. На основе перехода металл-оксид-полупроводник МОП-транзистор MOSFEST (metal-oxide semiconductor field effect transistor).

4. С высокой подвижностью электронов HEMT (high electron mobility transistor)

5. На гетероструктурах HFET (heterostructure field-effect transistor)

JFET - полевой транзистор с управляющим переходом, является самым простым и дешёвым прибором.

Транзисторы JFET находят применение на частотах до нескольких сотен МГц.

Подача смещения между затвором и стоком приводит к изменению размера области пространственного заряда перехода затвор-канал (управляющий p-n переход). При этом изменяется сечение проводящего канала для носителей заряда, соответственно, изменяется проводимость канала.

Модель полевого транзистора JFET в AWR.

MESFET - полевой транзистор на основе перехода металл-полупроводник (полевой транзистор с затвором на основе барьера Шотки).

Технология изготовления барьера Шотки позволяет уменьшать межэлектродные расстояния вплоть до субмикронных размеров, что позволяет существенно повысить гранитную частоту усиления.

Мощные полевые транзисторы с барьером Шотки превосходят биполярные по уровню мощности и КПД на высоких частотах.

Модель полевого транзистора технологии MESFET в AWR MWO.

MOSFET - полевой транзистор на основе перехода металл-оксид-полупроводник (МОП-транзистор).

МОП структура состоит из металла и полупроводника, разделённых слоем оксида кремния (4). В общем случае структуру называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник).

Вся современная цифровая техника основана на МДП транзисторах.

Модель полевого транзистора технологии MOSFET в AWR MWO.

HEMT - транзистор с высокой подвижностью электронов (другие названия: транзистор на селективно легированной гетероструктуре или транзистор с двумерным электронным газом) относится к типу полевых.

Отличие от последних заключается в том, что проводящий канал в HEMT транзисторе целенаправленно создаётся нелегированным (в полевом транзисторе канал n- или p-типа) для увеличения подвижности носителей заряда в канале, и, следовательно, быстродействия прибора.

Модель полевого транзистора технологии HEMT в AWR MWO.

HFET - полевой транзистор на гетероструктурах.

Из рассмотренных выше полевых транзисторов технология HFET является в настоящее время наиболее перспективной по мощности, частотному диапазону, КПД и надежности.

На сайте компании Excelics Semiconuctor представлены технические характеристики высокоэффективных мощных арсенид галлиевых транзисторов на гетероструктурах (High Efficiency Heterojunction Power FETs).

Модель полевого транзистора технологии HFET в AWR MWO.

SPICE - параметры, являющиеся составной частью математической модели транзистора в AWR MWO, определяются типом выбранного транзистора.

В AWR MWO имеется библиотека SPICE - параметров для транзисторов JFET, MESFET, MOSFET, HEMT, HFET.

Кроме того, в сети Internet существует сайты производителей радиоэлектронных компонентов (Excelics Semiconuctor, NEC, Philips, Motorola и др.), содержащие SPICE - параметры полевых транзисторов.

⇐ Предыдущая 12