Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT

Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT

В настоящей работе описывается способ повышения устойчивости усилителей на HEMT, основанный на непосредственном каскадировании в сочетании с местной обратной связью. Теоретически и экспериментально подтверждена возможность предотвращения паразитной генерации вне рабочей полосы частот усилителя без у...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2003
Автор: Королев, А.М.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Радіоастрономічний інститут НАН України 2003
Назва видання:Радиофизика и радиоастрономия
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122426
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT / А.М. Королев // Радиофизика и радиоастрономия. — 2003. — Т. 8, № 3. — С. 317-325. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-122426
record_format dspace
spelling irk-123456789-1224262017-07-04T03:03:15Z Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT Королев, А.М. В настоящей работе описывается способ повышения устойчивости усилителей на HEMT, основанный на непосредственном каскадировании в сочетании с местной обратной связью. Теоретически и экспериментально подтверждена возможность предотвращения паразитной генерации вне рабочей полосы частот усилителя без ущерба для шумовых характеристик. Эффективность предложенного подхода продемонстрирована на примере широкополосных (1ё2 октавы) усилителей сверхмалошумящего класса. У роботі описується спосіб підвищення стійкості підсилювачів на HEMT, який базується на безпосередньому каскадуванні у комбінації з місцевим зворотнім зв’язком. Теоретично і експериментально підтверджено можливість запобігання виникненню паразитної ґенерації поза робочою смугою частот підсилювача без деградації шумових характеристик. Ефективність запропонованого підходу продемонстровано на прикладі широкосмугових (1 – 2 октави) підсилювачів надмалошумкого класу. A method for increasing the stability of HEMT amplifier is described. It is based on direct cascading together with a local feedback. The possibility of preventing the parasitic oscillations out of the amplifier operation band without sacrificing its noise characteristics was confirmed both theoretically and experimentally. The efficiency of the approach suggested was demonstrated with broadband (1ё2 octave) ultra-LNA. 2003 Article Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT / А.М. Королев // Радиофизика и радиоастрономия. — 2003. — Т. 8, № 3. — С. 317-325. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1027-9636 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122426 621.375.029 ru Радиофизика и радиоастрономия Радіоастрономічний інститут НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description В настоящей работе описывается способ повышения устойчивости усилителей на HEMT, основанный на непосредственном каскадировании в сочетании с местной обратной связью. Теоретически и экспериментально подтверждена возможность предотвращения паразитной генерации вне рабочей полосы частот усилителя без ущерба для шумовых характеристик. Эффективность предложенного подхода продемонстрирована на примере широкополосных (1ё2 октавы) усилителей сверхмалошумящего класса.
format Article
author Королев, А.М.
spellingShingle Королев, А.М.
Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT
Радиофизика и радиоастрономия
author_facet Королев, А.М.
author_sort Королев, А.М.
title Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT
title_short Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT
title_full Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT
title_fullStr Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT
title_full_unstemmed Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT
title_sort повышение устойчивости малошумящих усилителей на hemt
publisher Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate 2003
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122426
citation_txt Повышение устойчивости малошумящих усилителей на HEMT / А.М. Королев // Радиофизика и радиоастрономия. — 2003. — Т. 8, № 3. — С. 317-325. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv AT korolevam povyšenieustojčivostimalošumâŝihusilitelejnahemt
first_indexed 2025-07-08T21:42:08Z
last_indexed 2025-07-08T21:42:08Z
_version_ 1837116612047536128
fulltext Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3, ñòð. 317-325 © À. Ì. Êîðîëåâ, 2003 ÓÄÊ 621.375.029. Ïîâûøåíèå óñòîé÷èâîñòè ìàëîøóìÿùèõ óñèëèòåëåé íà HEMT À. Ì. Êîðîëåâ Ðàäèîàñòðîíîìè÷åñêèé èíñòèòóò ÍÀÍ Óêðàèíû, Óêðàèíà, 61002, ã. Õàðüêîâ, óë. Êðàñíîçíàìåííàÿ, 4 E-mail: shulga@rian.kharkov.ua Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 28 ôåâðàëÿ 2003 ã.  íàñòîÿùåé ðàáîòå îïèñûâàåòñÿ ñïîñîá ïîâûøåíèÿ óñòîé÷èâîñòè óñèëèòåëåé íà HEMT, îñíîâàííûé íà íåïîñðåäñòâåííîì êàñêàäèðîâàíèè â ñî÷åòàíèè ñ ìåñòíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. Òå- îðåòè÷åñêè è ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîäòâåðæäåíà âîçìîæíîñòü ïðåäîòâðàùåíèÿ ïàðàçèòíîé ãåíå- ðàöèè âíå ðàáî÷åé ïîëîñû ÷àñòîò óñèëèòåëÿ áåç óùåðáà äëÿ øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê. Ýôôåêòèâ- íîñòü ïðåäëîæåííîãî ïîäõîäà ïðîäåìîíñòðèðîâàíà íà ïðèìåðå øèðîêîïîëîñíûõ (1 � 2 îêòàâû) óñèëèòåëåé ñâåðõìàëîøóìÿùåãî êëàññà. Ó ðîáîò³ îïèñóºòüñÿ ñïîñ³á ï³äâèùåííÿ ñò³éêîñò³ ï³äñèëþâà÷³â íà HEMT, ÿêèé áàçóºòüñÿ íà áåçïîñåðåäíüîìó êàñêàäóâàíí³ ó êîìá³íàö³¿ ç ì³ñöåâèì çâîðîòí³ì çâ�ÿçêîì. Òåîðåòè÷íî ³ åêñïå- ðèìåíòàëüíî ï³äòâåðäæåíî ìîæëèâ³ñòü çàïîá³ãàííÿ âèíèêíåííþ ïàðàçèòíî¿ ´åíåðàö³¿ ïîçà ðî- áî÷îþ ñìóãîþ ÷àñòîò ï³äñèëþâà÷à áåç äåãðàäàö³¿ øóìîâèõ õàðàêòåðèñòèê. Åôåêòèâí³ñòü çàïðî- ïîíîâàíîãî ï³äõîäó ïðîäåìîíñòðîâàíî íà ïðèêëàä³ øèðîêîñìóãîâèõ (1 � 2 îêòàâè) ï³äñèëþâà÷³â íàäìàëîøóìêîãî êëàñó. 1. Ââåäåíèå Òðåáîâàíèÿ ê ñîâðåìåííûì ìàëîøóìÿùèì óñèëèòåëÿì ÑÂ× ïðèåìíûõ ñèñòåì è íåïðå- ðûâíîå îáíîâëåíèå èõ ýëåìåíòíîé áàçû ñòè- ìóëèðóþò ïîèñê íîâûõ ðåøåíèé íà âñåõ ýòà- ïàõ ðàçðàáîòêè óñèëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ. Îäíà èç âàæíåéøèõ çàäà÷ ïðîåêòèðîâàíèÿ � îáåñ- ïå÷åíèå óñòîé÷èâîñòè óñèëèòåëüíîãî êàñêàäà ê ïàðàçèòíîé ãåíåðàöèè âíå (âûøå) ðàáî÷åãî äèàïàçîíà ÷àñòîò [1]. Ïîÿâëåíèå òðàíçèñòîðîâ ñ âûñîêîé ïîäâèæíîñòüþ ýëåêòðîíîâ (HEMT), èìåþùèõ ãðàíè÷íûå ÷àñòîòû äî ñîòåí ãèãà- ãåðö, îáîñòðèëî ïðîáëåìó óñòîé÷èâîñòè, îñî- áåííî â îòíîñèòåëüíî íèçêî÷àñòîòíûõ äèàïà- çîíàõ (äåöèìåòðîâîì, íà÷àëå ñàíòèìåòðîâîãî) äëèí âîëí. Îöåíêà óñòîé÷èâîñòè òðàíçèñòîðà êàê òà- êîâîãî ïðîâîäèòñÿ íà ýòàïå åãî âûáîðà ïóòåì âû÷èñëåíèÿ ò. í. èíâàðèàíòíîãî êîýôôèöèåí- òà óñòîé÷èâîñòè ( ) :sK 2 2 2 11 22 21 12 1 , 2s D S S K S S + − − = ⋅ ãäå 11 22 21 12,D S S S S= − ijS � ýëåìåíòû S-ìàò- ðèöû òðàíçèñòîðà [1]. ×àñòîòíûé èíòåðâàë áåçóñëîâíîé óñòîé÷èâîñòè ñîîòâåòñòâóåò 1,sK > 1.D >  ïðîòèâíîì ñëó÷àå óñòîé÷è- âîñòü óñëîâíà è íåêîòîðûå ñî÷åòàíèÿ èìïå- äàíñîâ íàãðóçîê ìîãóò ïðèâåñòè ê ïàðàçèòíîé ãåíåðàöèè. Èìïåäàíñû, ïðè êîòîðûõ óñòîé÷è- âîñòü ñîõðàíÿåòñÿ, ìîæíî îïðåäåëèòü â òåð- ìèíàõ äîïóñòèìîãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ èñòî÷íèêà ( )sΓ è íàãðóçêè ( ),lΓ êîòîðûå íà çàâåðøàþùåì ýòàïå ðàñ÷åòà âêëþ÷àþò ñèíòå- À. Ì. Êîðîëåâ 318 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 çèðîâàííûå ðàíåå ñîãëàñóþùèå öåïè: 2 2 2 11 22 12 21 1 1. 2 s l s l s l D S S S S + Γ Γ − Γ − Γ > Γ Γ (1) Åñëè sΓ è lΓ íå óäîâëåòâîðÿþò (1), òî ñõå- ìà óñèëèòåëÿ äîïîëíÿåòñÿ íåâçàèìíûìè ýëå- ìåíòàìè è äåìïôèðóþùèìè äèññèïàòèâíûìè öåïÿìè, à òàêæå ââîäèòñÿ îòðèöàòåëüíàÿ îá- ðàòíàÿ ñâÿçü (ÎÎÑ). Îñíîâíûå ðàñ÷åòíûå ïðîöåäóðû, âêëþ÷àÿ ðàñ÷åò óñòîé÷èâîñòè â ðàáî÷åé ïîëîñå ÷àñòîò, â íàñòîÿùåå âðåìÿ îòðàáîòàíû äîñòàòî÷íî õîðîøî. Ñèòóàöèÿ ñ âíåïîëîñíîé (ò. å. âíå ïîëîñû ðàáî÷èõ ÷àñòîò) óñòîé÷èâîñòüþ ñîâåð- øåííî èíàÿ. Ïðîáëåìû çäåñü âîçíèêàþò èç-çà ñëîæíîñòè àäåêâàòíîãî ýëåêòðîäèíàìè÷åñêî- ãî îïèñàíèÿ ïàññèâíûõ ýëåìåíòîâ ñîãëàñóþ- ùèõ öåïåé. Ñòðîãèé ðàñ÷åò sΓ è lΓ îáîáùåí- íûõ íàãðóçîê âî âñåì ìíîãîîáðàçèè èõ ðåàëè- çàöèé íà ÷àñòîòàõ, çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàþùèõ ðàáî÷èå ÷àñòîòû óñèëèòåëÿ, ïðàêòè÷åñêè íå- âûïîëíèì. Ïðîãíîç âíåïîëîñíîé óñòîé÷èâî- ñòè íîñèò, êàê ïðàâèëî, îöåíî÷íûé õàðàêòåð, è, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, âñå ðåøàåò íàòóðíîå ìà- êåòèðîâàíèå.  òàêîé ñèòóàöèè ñóùåñòâåííóþ ïîëüçó ïðèíîñÿò ñõåìîòåõíè÷åñêèå ïðèåìû, àïðèîðíî óâåëè÷èâàþùèå óñòîé÷èâîñòü.  ïåðâóþ î÷åðåäü (âñëåäñòâèå ïðîñòîòû è ýô- ôåêòèâíîñòè) ýòî ââåäåíèå äèññèïàòèâíûõ ýëåìåíòîâ, ïðåäîòâðàùàþùèõ íåæåëàòåëüíûå ðåæèìû ïîëíîãî îòðàæåíèÿ. Îñíîâíîå âîçðàæåíèå ïðîòèâ ââåäåíèÿ äèñ- ñèïàòèâíûõ öåïåé â ìàëîøóìÿùèé óñèëèòåëü (ÌØÓ) ñâÿçàíî ñ ãåíåðèðóåìûìè â ýòèõ öåïÿõ òåïëîâûìè øóìàìè. Òàê, ïðîñòåéøàÿ äèññè- ïàòèâíàÿ íàãðóçêà � ðåçèñòîð â öåïè ñòîêà � áåç ñóùåñòâåííîãî óõóäøåíèÿ øóì-ôàêòîðà êàñêàäà ïðèìåíèìà òîëüêî â êðèîîõëàæäàåìûõ óñèëèòåëÿõ [2]. Íåáåçóïðå÷íû â óêàçàííîì ñìûñëå è öåïè ñ ÷àñòè÷íûì âêëþ÷åíèåì ðåçè- ñòèâíîãî ýëåìåíòà (RL, RC) [3]. Îñíîâíîé çàäà÷åé íàñòîÿùåé ðàáîòû áûë ïîèñê òàêîãî ñõåìîòåõíè÷åñêîãî ðåøåíèÿ, ïðè êîòîðîì ââîäèìûå äëÿ ïîâûøåíèÿ âíåïîëîñ- íîé óñòîé÷èâîñòè äèññèïàòèâíûå öåïè íå îêà- çûâàëè áû çàìåòíîãî îòðèöàòåëüíîãî âëèÿíèÿ íà øóìîâûå õàðàêòåðèñòèêè. Íèæå ïðåäëàãà- åòñÿ âîçìîæíûé âàðèàíò ðåøåíèÿ óêàçàííîé çàäà÷è, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèè �âñòðî- åííîãî äèññèïàòîðà� � àêòèâíîé ÷àñòè âõîä- íîãî èìïåäàíñà êàñêàäà c ÎÎÑ. 2. Îáîñíîâàíèå ïðèíöèïèàëüíîé âîçìîæíîñòè íåïîñðåäñòâåííîãî êàñêàäèðîâàíèÿ Ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ìàëîøóìÿùèõ óñèëèòåëåé âûïîëíÿåòñÿ ïî ìíîãîêàñêàäíîé ñòðóêòóðíîé ñõåìå ñ îáùèì óñèëåíèåì ïîðÿä- êà 30 äÁ.  òàêîì óñèëèòåëå (ñ êîëè÷åñòâîì êàñêàäîâ áîëåå îäíîãî) åñòåñòâåííûì îáðàçîì óæå ïðèñóòñòâóåò öåïü, êîòîðóþ ìîæíî ðàñ- ñìàòðèâàòü êàê íåøóìÿùèé äèññèïàòîð. Òà- êîé öåïüþ äëÿ òðàíçèñòîðà ïåðâîãî êàñêàäà ÿâëÿåòñÿ âõîä âòîðîãî êàñêàäà, îõâà÷åííîãî ìåñòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîé ÎÎÑ.  ïåðâîì ïðèáëèæåíèè, ýêâèâàëåíòíàÿ ñõå- ìà âõîäíîé öåïè HEMT (÷èï) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûå êîíäåí- ñàòîð (åìêîñòü çàòâîð-èñòîê, )gsC è ðåçèñòîð (îìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå ïîòåðü, ).gsR Ðàñ- ÷åòíîå çíà÷åíèå ýêâèâàëåíòíîé äîáðîòíîñòè öåïè gs gsR C âåëèêî (äåñÿòêè åäèíèö â ñì äè- àïàçîíå è ñîòíè � â äåöèìåòðîâîì), è ôóíê- öèè äåìïôèðîâàíèÿ îíà âûïîëíÿòü íå ìîæåò. Îäíàêî åñëè îïðåäåëèòü äåéñòâóþùåå çíà÷å- íèå äîáðîòíîñòè âõîäà âõ( )Q êîðïóñíîãî HEMT, òî êàðòèíà âûãëÿäèò èíà÷å. Îáðàòíûå ñâÿçè (âíóòðåííèå è âíåøíèå, ïîðîæäåííûå ïàðàçèòíûìè ðåàêòèâíîñòÿìè êîðïóñà) ðàäè- êàëüíî âîçäåéñòâóþò íà âõ ,Q âûçûâàÿ åå óìåíüøåíèå. Çàïèøåì âûðàæåíèå äëÿ âõQ ÷åðåç ìîäóëü 11( )ρ è ôàçîâûé óãîë 11( )ϕ ñîîò- âåòñòâóþùåãî ýëåìåíòà S-ìàòðèöû 11( ) :S 11 11 âõ 2 11 2 sin . 1 Q ρ ϕ= − ρ (2) Ïîäñòàíîâêà â (2) S-ïàðàìåòðîâ HEMT (íà- ïðèìåð, ðàñïðîñòðàíåííîãî òðàíçèñòîðà ATF34143 ñ øèðèíîé çàòâîðà 800 ìêì) â äì äèàïàçîíå äàåò âõ 7Q ≈ íà ÷àñòîòå 1 ÃÃö. Ñîá- ñòâåííûé (ïîñëåäîâàòåëüíûé) ðåçîíàíñ íàáëþ- Ïîâûøåíèå óñòîé÷èâîñòè ìàëîøóìÿùèõ óñèëèòåëåé íà HEMT 319Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 äàåòñÿ íà ÷àñòîòå 3.5 ÃÃö, ãäå âõîäíîå ñîïðî- òèâëåíèå ÷èñòî àêòèâíîå è áëèçêî ê 25 Îì. Íà ÷àñòîòàõ âûøå 3.5 ÃÃö âõ 2.Q ≤ Ïîäîáíûå ÷èñ- ëåííûå õàðàêòåðèñòèêè áëèçêè ê æåëàåìûì ïàðàìåòðàì äåìïôèðóþùåé öåïè. Âûáèðàÿ òðàíçèñòîð ñ øèðèíîé çàòâîðà 200 1600÷ ìêì, ìîæíî ïîëó÷èòü íåîáõîäèìóþ âåëè÷èíó åìêî- ñòè äåìïôåðà. Âåëè÷èíà ñîïðîòèâëåíèÿ ( ),R à ñëåäîâà- òåëüíî è äîáðîòíîñòè, êîððåêòèðóåìà, ïðè÷åì íåçàâèñèìî îò åìêîñòè. Êàê èçâåñòíî [4], �áåñ- øóìíàÿ� ÎÎÑ, âîçíèêàþùàÿ ïðè ââåäåíèè â öåïü ñòîêà ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà èíäóêòèâíî- ñòè ( ),sL ïðîÿâëÿåòñÿ â ðîñòå äåéñòâèòåëüíîé ÷àñòè âõîäíîãî èìïåäàíñà êàñêàäà íà âåëè÷è- íó ooc :R ooc í âûõ 1 , 1 m s gs g L R C R R = + ãäå mg � êðóòèçíà òðàíçèñòîðà, âûõR è íR � äåéñòâèòåëüíûå ÷àñòè âûõîäíîãî èìïåäàíñà òðàíçèñòîðà è åãî íàãðóçêè ñîîòâåòñòâåííî. Ïîëíîå âûðàæåíèå äëÿ âõîäíîãî èìïåäàíñà êàñêàäà ñ ÎÎÑ ñëîæíåå, íî âïîëíå äîñòàòî÷- íî âûÿñíèòü çàâèñèìîñòü âõQ îò sL è í .R Ïîëàãàÿ âòîðîé êàñêàä ðàáîòàþùèì â ðåæèìå ñîãëàñîâàíèÿ ïî âûõîäó í âûõ( ),R R= íåñëîæ- íî ïîëó÷èòü âûðàæåíèå äëÿ çàâèñèìîñòè äåé- ñòâóþùåé äîáðîòíîñòè âõîäà êàñêàäà ñ ÎÎÑ îò ÷àñòîòû ( ) :f 1 âõ 1 2 ( 2 ) . 4gs gs m s m s Q f R C g L fg L −  = π + ≈  π Ïîäñòàâëÿÿ ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ, ëåãêî óáå- äèòüñÿ â òîì, ÷òî íà ÷àñòîòàõ âûøå 3 ÃÃö (�âíåïîëîñíûå� ÷àñòîòû óñèëèòåëåé äì äèà- ïàçîíà) âõQ ïðèáëèæàåòñÿ ê åäèíèöå ïðè 0.3sL ≈ íÃí, ò. å. äîñòàòî÷íàÿ ãëóáèíà ÎÎÑ îáåñïå÷èâàåòñÿ çà ñ÷åò èíäóêòèâíîñòè âûâî- äîâ èñòîêà êîðïóñíîãî òðàíçèñòîðà. Äëÿ áåñ- êîðïóñíîé ñòðóêòóðû äîñòàòî÷íî âêëþ÷åííî- ãî â öåïü èñòîêà îòðåçêà ïðîâîäà äèàìåòðîì 0.2 ìì è äëèíîé 0.5 1.5÷ ìì. Òàêèì îáðàçîì, íàãðóçêà òðàíçèñòîðà â äì äèàïàçîíå ðåàëèçóåìà â âèäå äåìïôèðóþ- ùåé öåïè.  ñì äèàïàçîíå ôàçà êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ òàêîé íàãðóçêè ìåíÿåò çíàê (çäåñü êîððåêòíî RL-ïðåäñòàâëåíèå), íî íèçêàÿ äîá- ðîòíîñòü (è äåìïôèðóþùèå ñâîéñòâà) ñîõðà- íÿåòñÿ. Ó áåñêîðïóñíûõ ñòðóêòóð RC-ïðåä- ñòàâëåíèå êîððåêòíî ïðèìåðíî äî 10 ÃÃö.  ñîîòâåòñòâèè ñ ñàìûìè îáùèìè ïðåä- ñòàâëåíèÿìè îá óñòîé÷èâûõ ñèñòåìàõ ïîäîá- íîå ïîñòðîåíèå íàãðóçêè äîëæíî ñïîñîáñòâî- âàòü ïîâûøåíèþ óñòîé÷èâîñòè, íî îíî ÿâíî íå îïòèìàëüíî â ïëàíå ìåæêàñêàäíîãî ñîãëà- ñîâàíèÿ.  ÌØÓ äî ïîÿâëåíèÿ HEMT íåïîñ- ðåäñòâåííîå êàñêàäèðîâàíèå åñëè è èñïîëü- çîâàëîñü, òî âñëåäñòâèå òåõíîëîãè÷åñêîé íå- îáõîäèìîñòè (ìîíîëèòíûå ñõåìû). Îáîñíî- âàòü äîïóñòèìîñòü íåïîñðåäñòâåííîãî êàñêà- äèðîâàíèÿ ìîæíî îòâåòèâ íà âîïðîñ î äîñòè- æèìîì êîýôôèöèåíòå óñèëåíèÿ. Ïðèìåì â êà÷åñòâå äîïóñòèìîãî 10 %-îå ïðåâûøåíèå øóìà óñèëèòåëÿ íàä øóìàìè 1- ãî êàñêàäà. Òîãäà äîñòàòî÷íûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ â 1-ì êàñêàäå ( )lK ñîñòàâèò 2 110 ,lK T T≥ ãäå 2T è 1T � øóìîâûå òåìïå- ðàòóðû âòîðîãî è ïåðâîãî êàñêàäîâ ñîîòâåò- ñòâåííî. Ïðè îòñóòñòâèè ñïåöèàëüíîé ìåæ- êàñêàäíîé ñîãëàñóþùåé öåïè äëÿ èäåíòè÷- íûõ òðàíçèñòîðîâ 2 1.T T> Ýòî îòëè÷èå ìîæ- íî ìèíèìèçèðîâàòü ðàöèîíàëüíûì âûáîðîì òðàíçèñòîðà âòîðîãî êàñêàäà. Êðèòåðèé âû- áîðà çäåñü � áëèçîñòü äåéñòâèòåëüíîé ÷àñòè îïòèìàëüíîãî èìïåäàíñà èñòî÷íèêà opt(Re )sZ ê âûõîäíîìó ñîïðîòèâëåíèþ ïåðâîãî êàñêà- äà. Æåëàòåëüíî íàëè÷èå ó òðàíçèñòîðà âòî- ðîãî êàñêàäà íèçêîãî øóìîâîãî ñîïðîòèâëå- íèÿ (ïîðÿäêà 10 Îì).  äì äèàïàçîíå óêàçàííûì êðèòåðèÿì óäîâ- ëåòâîðÿþò, íàïðèìåð, PHEMT ìîäåëüíîãî ðÿäà ATF3-X-143 (èçãîòîâèòåëü � ôèðìà Agilent): ATF35143+ATF34143, ATF34143+ +ATF33143 (äî 2 ÃÃö); ATF34143+ATF34143 (1÷2 ÃÃö); ATF34143+ATF35143 (2 ÃÃö è âûøå). Äëÿ óñòðîéñòâ áîëåå ýêîíîìè÷íûõ (èëè áîëåå âûñîêî÷àñòîòíûõ) ìîæíî ðåêîìåíäîâàòü ñòðóêòóðû c ìåíüøåé øèðèíîé çàòâîðà: ATF36077+ATF35076, FHC40LG+FHX0,4X (Fujitsu) è äð.  öåëîì íîìåíêëàòóðà HEMT À. Ì. Êîðîëåâ 320 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 øèðîêà è ïîçâîëÿåò ñäåëàòü áëèçêèé ê îïòè- ìàëüíîìó âûáîð.  íàñòîÿùåé ðàáîòå èñïîëü- çîâàíû ATF34143 è ATF36077, ÷òî âûçâàíî ñëåäóþùèì. ATF34143 øèðîêî ðàñïðîñòðàíåí è ïî êîìïëåêñó ñâîèõ ïàðàìåòðîâ óäà÷íî îò- ðàæàåò îñîáåííîñòè HEMT (PHEMT) äì äèà- ïàçîíà. ATF36077 èìååò ñâåðõíèçêîå çíà÷åíèå øóì-ôàêòîðà (0.45 äÁ íà ÷àñòîòå 12 ÃÃö) è ðåêîìåíäîâàí èçãîòîâèòåëåì ê èñïîëüçîâà- íèþ â ñì äèàïàçîíå. Äëÿ äì äèàïàçîíà ïðè- âîäÿòñÿ íå äàííûå ïðÿìûõ òåñòîâ, à ðåçóëü- òàòû ýêñòðàïîëÿöèè, ÷òî óæå ÿâëÿåòñÿ êîñ- âåííûì ïðèçíàêîì ñëîæíîñòåé â ðåàëèçàöèè óñòîé÷èâîãî ðåæèìà. Ðàñ÷åò ïîêàçûâàåò âîç- ìîæíîñòü ðåàëèçàöèè ðåæèìà àáñîëþòíîé óñ- òîé÷èâîñòè ( 1,sK > ñì. âûøå) ó ATF36077 òîëüêî íà ÷àñòîòàõ âûøå 15 ÃÃö (äëÿ ñðàâíå- íèÿ, ó ATF34143 � óæå ñ 5 ÃÃö).  äì äèàïàçî- íå è áîëüøåé ÷àñòè ñì äèàïàçîíà óñòîé÷èâîñòü óñëîâíà, è ýòî äåëàåò ATF36077 õîðîøèì îáúåêòîì äëÿ ïðîâåðêè ìåòîäîâ ïîâûøåíèÿ óñòîé÷èâîñòè. Íà ÷àñòîòàõ äî 3 ÃÃö HEMT èìåþò îïòè- ìàëüíûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ opt( ,K â ðå- æèìå ñîãëàñîâàíèÿ íà ìèíèìóì øóì-ôàêòî- ðà) íå ìåíåå 40 î. å. (16 äÁ). Ïðåäïîëîæèâ, ÷òî 2 12 ,T T≈ ïîëó÷àåì opt 20.K K> ≥ Îäíàêî èçìåðåíèå optK îñóùåñòâëÿåòñÿ â ñïåöèàëü- íîì òåñòîâîì ìîäóëå è â óçêèõ ÷àñòîòíûõ ïîëîñàõ.  øèðîêîïîëîñíîì êàñêàäå, òåì áî- ëåå ñ ÎÎÑ, â ðåæèìå ðàññîãëàñîâàíèÿ ïî âû- õîäó óñèëåíèå çàâåäîìî íèæå. Äëÿ îòâåòà íà âîïðîñ î ðåàëèçóåìîì êîýôôèöèåíòå óñèëå- íèÿ áûëè âûïîëíåíû ýêñïåðèìåíòû. 3. Ýêñïåðèìåíòàëüíûé óñèëèòåëü  ýêñïåðèìåíòàõ èñïîëüçîâàíà òåñòîâàÿ óñè- ëèòåëüíàÿ ÿ÷åéêà (ñì. ðèñ. 1), ïîäîáíàÿ îïè- ñàííîé ðàíåå [5]. Âûáðàííûå òèïû òðàíçèñòî- ðîâ â ñîîòâåòñòâóþùèõ äèàïàçîíàõ èìåþò áëèç- êèå ê 50 Îì âåëè÷èíû optRe ,sZ è âõîäíàÿ ñî- ãëàñóþùàÿ öåïü ñîäåðæèò òîëüêî èíäóêòèâíûé êîìïåíñàòîð âõîäíîé ðåàêòèâíîñòè (L1). Èçìåðåííûé âõîäíîé èìïåäàíñ êàñêàäîâ- íàãðóçîê (ATF34143) â äèàïàçîíå 1 3÷ ÃÃö ïðèáëèçèòåëüíî ñîîòâåòñòâóåò RC-öåïè ñ 2C = ïÔ è 20R= Îì. Âåëè÷èíà àêòèâíîé êîìïîíåíòû çàäàåòñÿ ãëóáèíîé ÎÎÑ ( )sL è òåîðåòè÷åñêè äîëæíà îáåñïå÷èâàòü íèçêóþ (åäèíèöû) äîáðîòíîñòü íàãðóçêè ïåðâîãî êàñ- êàäà íà ÷àñòîòàõ ñì äèàïàçîíà. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îïðåäåëåíèå àìïëè- òóäíî-÷àñòîòíîé õàðàêòåðèñòèêè (À×Õ) â äàí- íîì ñëó÷àå ìîãëî âûïîëíÿòüñÿ äâóìÿ ñïîñî- áàìè. Ïåðâûé � èçìåðåíèå À×Õ îáîñîáëåííî- ãî êàñêàäà ñ íàãðóçêîé, ìîäåëèðóþùåé ðåàëü- íûé âõîäíîé èìïåäàíñ âòîðîãî êàñêàäà. Âòî- ðîé � èçìåðåíèå ñêâîçíîé À×Õ äâóõêàñêàäíî- ãî óñèëèòåëÿ ñ ïîñëåäóþùèì âû÷èòàíèåì îòäåëüíî èçìåðåííîé À×Õ âòîðîãî êàñêàäà. Ïðåäïî÷òåíèå áûëî îòäàíî âòîðîìó ñïîñîáó êàê áîëåå ïðîñòîìó è èñêëþ÷àþùåìó îøèáêè ôèçè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. Ðåçóëüòàòû èçìå- ðåíèÿ À×Õ ïåðâûõ êàñêàäîâ îòðàæåíû â òàá- ëèöå (ñòðîêè ).lK Íèæå ýòè äàííûå áóäóò èñïîëüçîâàíû ïðè ðàñ÷åòå çàâèñèìîñòè øóìî- âîé òåìïåðàòóðû äâóõêàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ ( )nT îò ÷àñòîòû. 4. Ðàñ÷åò çàâèñèìîñòè ýêâèâàëåíòíîé òåìïåðàòóðû øóìîâ îò ÷àñòîòû Öåëüþ ðàñ÷åòà è ïîñëåäóþùåãî ñðàâíåíèÿ ñ ýêñïåðèìåíòîì â äàííîì ñëó÷àå ÿâëÿåòñÿ ïðîâåðêà âûñêàçàííîãî âûøå ïðåäïîëîæåíèÿ î âîçìîæíîñòè îáåñïå÷åíèÿ âíåïîëîñíîé óñ- òîé÷èâîñòè áåç óùåðáà øóìîâûì õàðàêòåðèñ- òèêàì. Ðàñ÷åòíûå ñîîòíîøåíèÿ âêëþ÷àþò âûðàæåíèå äëÿ øóìîâîé òåìïåðàòóðû äâóõ- êàñêàäíîãî óñèëèòåëÿ: 1 2 1nT T T K= + Ðèñ. 1. Óïðîùåííàÿ ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà óñèëè- òåëÿ. Öåïè ïèòàíèÿ/ñìåùåíèÿ íå ïîêàçàíû, oocR ïîêàçàí óñëîâíî. VT1 � ATF34143 èëè ATF36077, VT2 � ATF34143 Ïîâûøåíèå óñòîé÷èâîñòè ìàëîøóìÿùèõ óñèëèòåëåé íà HEMT 321Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 è áàçîâîå øóìîâîå óðàâíåíèå ïðèìåíèòåëüíî ê ïåðâîìó è âòîðîìó êàñêàäàì, çàïèñàííîå â �èìïåäàíñíîé� ôîðìå [6]: 0 1 1 min1 2 1 opt1Re n s s T R T T Z Z = + × 2 2 opt1 1 opt1 1(Re Re ) (Im Im ) ,s s s sZ Z Z Z × − + −  (3) 0 2 2 min2 2 2 opt2 n s s T R T T R Z = + × 2 2 opt2 2 opt2(Re ) (Im ) ,s s sZ R Z × − +  (4) ãäå min1,T min 2,T opt1,sZ opt2,sZ 1,nR 2nR � ñïðà- âî÷íûå øóìîâûå ïàðàìåòðû òðàíçèñòîðîâ 1-ãî è 2-ãî êàñêàäîâ, 0 290T = Ê. ×àñòî èñïîëüçóå- ìàÿ (â ñì äèàïàçîíå) ôîðìà áàçîâîãî øóìîâî- ãî óðàâíåíèÿ â òåðìèíàõ êîýôôèöèåíòîâ îò- ðàæåíèÿ â äàííîì ñëó÷àå ôèçè÷åñêè íåàäåê- âàòíà: ðàññòîÿíèå èñòî÷íèê-óñèëèòåëü â äì äèàïàçîíå ðåäêî ïðåâûøàåò äëèíó âîëíû, è âîëíîâûå ïðîöåññû êàê òàêîâûå ôèçè÷åñêè íå ðàçâèâàþòñÿ. Ñîîòâåòñòâåííî (3) è (4) çàïèñà- íû â �èìïåäàíñíîé� ôîðìå, õîòÿ ñïðàâî÷íûå äàííûå íà ÑÂ× òðàíçèñòîðû ñîîáùàþòñÿ îáû÷íî â òåðìèíàõ ìîäóëÿ ( )ρ è ôàçû ( )ϕ îïòèìàëüíîãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ïî âõîäó [7]. Äëÿ ïðèâåäåíèÿ ýòèõ äàííûõ ê èì- ïåäàíñíîé ôîðìå (ñì. òàáëèöó) èñïîëüçîâàíû ôîðìóëû ïåðåõîäà: Òàáëèöà Òðàíçèñòîð ATF 36077, PHEMT ×àñòîòà, ÃÃö 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 1,K î. å. 20 40 100 126 40 20 10 minêîðð ,T K 21 21 21 21 21 21 21 optRe ,Z Îì 110 80 52 45 40 34 27 optIm ,Z Îì 445 330 215 186 157 130 99 ,nR Îì 20 15 10 9.7 9.3 9 8.5 Òðàíçèñòîð ATF 34143, PHEMT ×àñòîòà, ÃÃö 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 1,K î. å. 63 50 40 35 32 25 20 minêîðð ,T K 6.7 7.2 7.4 8.5 9.5 11 13 optRe ,Z Îì 170 115 57 48 38 33 27 optIm ,Z Îì 370 270 164 135 104 90 70 ,nR Îì 8 7.3 6.5 6 5.5 5 4.5 Òðàíçèñòîð ATF 34143, PHEMT ×àñòîòà, ÃÃö 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 minêîðð ,T K 15 18 20 23 25 27 30 optRe ,Z Îì 25 23 21 20 19.5 19 18.5 optIm ,Z Îì 60 51 43 37 31 25 19 ,nR Îì 4.1 3.8 3.4 3 2.5 2 1.7 À. Ì. Êîðîëåâ 322 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 2 opt 2 1 Re 50 , 1 2 cossZ − ρ= − ρ ϕ + ρ opt 2 2 sin Im 50 . 1 2 cossZ ρ ϕ= − ρ ϕ + ρ Ïðè íèçêîèìïåäàíñíîé íàãðóçêå âûõîäíîé åìêîñòüþ òðàíçèñòîðà ïåðâîãî êàñêàäà ìîæ- íî ïðåíåáðå÷ü, ìîäóëü æå âûõîäíîãî èìïåäàí- ñà â äì äèàïàçîíå ïðàêòè÷åñêè íåèçìåíåí (äëÿ ATF36077 22 0.6 0.57).S = ÷ Äàëåå äëÿ óñèëè- òåëÿ ñ ïåðâûì êàñêàäîì íà ATF36077 ñîïðî- òèâëåíèå èñòî÷íèêà ñèãíàëà âî âòîðîì êàñêà- äå 2( )sR ïîëàãàåòñÿ ÷èñòî àêòèâíûì è ðàâíûì 100 Îì; äëÿ óñèëèòåëÿ ñ ïåðâûì êàñêàäîì íà ATF34143 2 50sR = Îì. Îïòèìàëüíûé ðåàêòàíñ èñòî÷íèêà ñèãíàëà opt(Im )sZ ìîæåò ñîñòàâëÿòü ñîòíè Îì. Ïîýòî- ìó, äàæå åñëè ýëåìåíò L1 âûïîëíåí â âèäå îòðåçêà âûñîêîèìïåäàíñíîé ñïèðàëüíî-öè- ëèíäðè÷åñêîé ëèíèè, â øèðîêîïîëîñíîì óñè- ëèòåëå íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü �ðàñïðåäåëåí- íûå� ñâîéñòâà L1, â ÷àñòíîñòè, ýôôåêò ñêðû- òîé òðàíñôîðìàöèè [8].  ïðèáëèæåíèè ìà- ëûõ ïîòåðü äëÿ ïðèâåäåííîãî êî âõîäó VT1 èìïåäàíñà 1( )sZ ìîæíî âîñïîëüçîâàòüñÿ âû- ðàæåíèÿìè [8]: 2 2 1 2 2 2 1 tg (2 ) Re , tg (2 )s s s fl c Z R R fl c + π= ρ ρ + π 2 2 1 2 2 2Im tg(2 ) , tg (2 ) s s s R Z fl c R fl c ρ −= ρ π ρ + π ãäå sR � ñòàíäàðòíîå ñîïðîòèâëåíèå ïåðâè÷- íîãî èñòî÷íèêà ñèãíàëà (50 Îì); ρ � õàðàêòå- ðèñòè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå ëèíèè L1, Îì; l � ýëåêòðè÷åñêàÿ äëèíà îòðåçêà ëèíèè L1, ì; c � ñêîðîñòü ñâåòà. Î ïîòåðÿõ âî âõîäíîé öåïè çàìåòèì ñëåäó- þùåå. Äëÿ ATF36077 èçãîòîâèòåëü ïðèâîäèò äàííûå ïî minT â äì äèàïàçîíå, óæå ñêîððåêòè- ðîâàííûå ñ ó÷åòîì ìèíèìóìà ðåàëèçóåìûõ ïîòåðü âî âõîäíîé ñîãëàñóþùåé öåïè ( 0.1≈ äÁ). Äëÿ ATF34143 íà ÷àñòîòàõ 1 2÷ ÃÃö, ïðè èç- ìåðåííîì çíà÷åíèè äîáðîòíîñòè ýëåìåíòà L1 îêîëî 200, ïîòåðè ïðèâîäÿò ê íåçíà÷èòåëüíîìó ðîñòó minT (åäèíèöû Ê).  ïîñëåäóþùåì ðàñ- ÷åòå ìû èñïîëüçîâàëè óæå ñêîððåêòèðîâàííûå çíà÷åíèÿ minT (ñòðîêà min êîðð T â òàáëèöå). Õàðàêòåðèñòè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå ( )ρ ýëåìåíòîâ L1 (ñïèðàëüíî � öèëèíäðè÷åñêèõ èíäóêòèâíîñòåé), îïðåäåëåííîå ñîãëàñíî ìå- òîäèêàì [8], ñîñòàâëÿåò (400 40± ) Îì. Ýëåêò- ðè÷åñêàÿ äëèíà (l) ïåðâîíà÷àëüíî âûáèðàëàñü òàê, ÷òîáû ðåçîíàíñ âõîäíîé öåïè íàñòóïàë â öåíòðå âûáðàííûõ äèàïàçîíîâ (1 è 2 ÃÃö). Çàòåì, â äèàëîãîâîì ðåæèìå ðàáîòû ñ ÝÂÌ, ïðîâîäèëàñü îïòèìèçàöèÿ l (êðèòåðèé � ìè- íèìàëüíàÿ nT â öåíòðå äèàïàçîíà è áëèçêèå çíà÷åíèÿ nT íà êðàÿõ). Îêîí÷àòåëüíî íàéäå- íî: (0.02 0.005)l = ± ì (êàñêàä ñ ATF36077), (0.01 0.0025)l = ± ì (êàñêàä ñ ATF34143). Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà ïîêàçàíû íà ðèñ. 2, 3 è áóäóò ïðîàíàëèçèðîâàíû íèæå, âìåñòå ñ îá- ñóæäåíèåì ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòà. 5. Ýêñïåðèìåíòàëüíîå îïðåäåëåíèå õàðàêòåðèñòèê óñèëèòåëÿ Äëÿ îöåíêè óñòîé÷èâîñòè â ðàáî÷åé ïîëî- ñå ÷àñòîò èñïîëüçîâàëñÿ èçâåñòíûé èììèòàí- ñíûé òåñò, çàêëþ÷àþùèéñÿ â èçìåðåíèè ïîë- íîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïî âõîäó âõ( )Z è ôèêñè- ðîâàíèè ÷àñòîòíûõ èíòåðâàëîâ ñ îòðèöàòåëü- íûì çíà÷åíèåì âõRe .Z Íà ÷àñòîòàõ äî 4 ÃÃö â îáîèõ âàðèàíòàõ óñèëèòåëÿ íå áûëî âûÿâ- ëåíî èíòåðâàëîâ ñ âõRe 0,Z ≤ ÷òî ñâèäåòåëü- ñòâóåò î äîïóñòèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ èñòî÷- íèêîâ ñèãíàëà ñ ïðîèçâîëüíûì (â ïîëîñå ðà- áî÷èõ ÷àñòîò) èìïåäàíñîì (�îãðàíè÷åííî áå- çóñëîâíàÿ óñòîé÷èâîñòü�, ñîãëàñíî òåðìèíî- ëîãèè [1]). Îöåíêà âíåïîëîñíîé óñòîé÷èâîñòè ïðîâî- äèëàñü ñ ïîìîùüþ óñòðîéñòâà, êîòîðîå ïðåä- ñòàâëÿëî ñîáîé 50-îìíûé êîàêñèàëüíûé òðàêò òåëåñêîïè÷åñêîé êîíñòðóêöèè, ñîåäèíÿâøèé âõîä óñèëèòåëÿ ñ ðåçèñòèâíûìè êîíöåâûìè íàãðóçêàìè. Ïðè ïîäêëþ÷åíèè íàãðóçîê ñ ñî- ïðîòèâëåíèåì 5 50÷ Îì èçìåðåííûé êîýô- ôèöèåíò ñòîÿ÷åé âîëíû ïî âõîäó óñèëèòåëÿ (ÊÑÂÍ) èçìåíÿëñÿ îò 9 äî 1.2. Âàðüèðóÿ äëè- íó êîàêñèàëüíîãî òðàêòà íà 50 ìì, ìîæíî Ïîâûøåíèå óñòîé÷èâîñòè ìàëîøóìÿùèõ óñèëèòåëåé íà HEMT 323Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 ðåàëèçîâûâàòü ïðîèçâîëüíîå çíà÷åíèå ôàçû êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ïðè ÊÑÂÍ const.≈ Íà äèàãðàììå Ñìèòà èçîáðàæàþùàÿ òî÷êà äâèæåòñÿ ïî çàäàííîìó (êîíöåâîé íàãðóçêîé) êðóãó ÊÑÂÍ, ïðîáåãàÿ âñþ ôàçîâóþ îêðóæ- íîñòü (íà ÷àñòîòå 1.5 ÃÃö � îäèí ðàç, íà áî- ëåå âûñîêèõ ÷àñòîòàõ � ìíîãîêðàòíî). Òàêèì îáðàçîì, çàäàâàÿ ÊÑÂÍ íà ìèíèìàëüíîé ÷à- ñòîòå ðàáî÷åãî äèàïàçîíà è âàðüèðóÿ äëèíó òåëåñêîïè÷åñêîãî êîàêñèàëüíîãî òðàêòà, ìîæ- íî ïîëó÷àòü òî æå (áåç ó÷åòà ðàñòóùèõ ñ ÷à- ñòîòîé ïîòåðü) çíà÷åíèå ÊÑÂÍ íà ÷àñòîòàõ, ïðåâûøàþùèõ ðàáî÷óþ ìèíèìóì â 10 ðàç. Ñîîòâåòñòâåííî, âíåïîëîñíóþ óñòîé÷èâîñòü ìîæíî õàðàêòåðèçîâàòü ìàêñèìàëüíûì ÊÑÂÍ ( ),smK ïðè êîòîðîì óñèëèòåëü ñîõðàíÿåò óñ- òîé÷èâîñòü (îòñóòñòâóåò ãåíåðàöèÿ). smK ôîðìàëüíî íàïîìèíàåò õàðàêòåðèñòèêè óñ- òîé÷èâîñòè â ðàáî÷åé ïîëîñå (äîïóñòèìûå ,sΓ ),lΓ íî, â îòëè÷èå îò ïîñëåäíèõ, smK � âåëè÷èíà óñëîâíàÿ, ò. ê. èçìåðÿåòñÿ â 50-îì- íîì òðàêòå. Ââîäÿ ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûé ÊÑÂÍ êàê õàðàêòåðèñòèêó âíåïîëîñíîé óñòîé÷èâîñòè, íåîáõîäèìî óòî÷íèòü åãî äîïóñòèìîå çíà÷å- íèå è âåðõíþþ ãðàíèöó äèàïàçîíà ÷àñòîò ( )mf òåñòèðîâàíèÿ.  êà÷åñòâå mf åñòåñòâåííî âûáðàòü ÷àñòîòó, íà êîòîðîé èíâàðèàíòíûé êîýôôèöèåíò óñòîé÷èâîñòè òðàíçèñòîðà ñòà- íîâèòñÿ ðàâíûì åäèíèöå. Äëÿ HEMT ñ øè- ðèíîé çàòâîðà áîëåå 800 ìêì âåëè÷èíà mf ðåäêî ïðåâûøàåò 5 ÃÃö. Ó 200-ìêì PHEMT- ñòðóêòóð mf óâåëè÷èâàåòñÿ äî 10 15÷ ÃÃö. Ïîñëåäíèå â äì äèàïàçîíå ïðèìåíÿþòñÿ ðåä- êî. Ïðèíèìàÿ òàêæå âî âíèìàíèå ðàñòóùèå ñ ÷àñòîòîé ïîòåðè âî âõîäíûõ öåïÿõ, ïðåäëàãà- åì îãðàíè÷èòüñÿ mf íà óðîâíå 10 ÃÃö. Ïîäðîáíîå èññëåäîâàíèå õàðàêòåðèñòèê óñòîé÷èâîñòè ïðåäïîëàãàåò óñòàíîâëåíèå èõ ôóíêöèîíàëüíîé çàâèñèìîñòè îò ñòàáèëèçè- ðóþùèõ (äåñòàáèëèçèðóþùèõ) ôàêòîðîâ. Èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿåò, íàïðèìåð, çàâèñè- ìîñòü smK îò ãëóáèíû ÎÎÑ âî âòîðîì êàñ- êàäå. Íà äàííîì ýòàïå ìû îãðàíè÷èëèñü êà- ÷åñòâåííîé îöåíêîé ýôôåêòèâíîñòè íåïîñ- ðåäñòâåííîãî êàñêàäèðîâàíèÿ è èññëåäîâà- ëè óñèëèòåëüíûå óñòðîéñòâà, óäîâëåòâîðÿâ- øèå óñëîâèþ 5smK ≥ (÷òî âïîëíå äîñòàòî÷- íî äëÿ ïðàêòè÷åñêèõ ïðèëîæåíèé). Ïîÿâëå- íèå ïàðàçèòíîé ãåíåðàöèè â óñèëèòåëå ôèê- ñèðîâàëîñü ñ ïîìîùüþ ÷óâñòâèòåëüíîãî øè- ðîêîïîëîñíîãî äåòåêòîðà, ïîäêëþ÷åííîãî ê âûõîäó óñèëèòåëÿ. Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòü øóìîâîé òåìïåðàòóðû n(T ) îò ÷àñòîòû äëÿ óñèëèòåëÿ ñ ïåðâûì êàñêàäîì íà ATF36077: ñïëîøíàÿ ëèíèÿ � ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ; âåðòèêàëü- íûìè îòðåçêàìè ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ñ ó÷åòîì ïîãðåøíîñòè; ïóíêòèð � ïðîöåíòíûé âêëàä øóìîâ âòîðîãî êàñêàäà (øêàëà ñïðàâà) Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòü øóìîâîé òåìïåðàòóðû n(T ) îò ÷àñòîòû äëÿ óñèëèòåëÿ ñ ïåðâûì êàñêàäîì íà ATF34143: ñïëîøíàÿ ëèíèÿ � ðàñ÷åòíûå çíà÷åíèÿ; âåðòèêàëü- íûìè îòðåçêàìè ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé ñ ó÷åòîì ïîãðåøíîñòè; ïóíêòèð � ïðîöåíòíûé âêëàä øóìîâ âòîðîãî êàñêàäà À. Ì. Êîðîëåâ 324 Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 6. Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòà è ýêñïåðèìåíòà Ñðàçó óêàæåì, ÷òî óñèëèòåëè ñ êàñêàäàìè íà ATF34143 óäîâëåòâîðÿëè óñëîâèþ 5smK ≥ ïðè ðàçëè÷íîì ïîñòðîåíèè ìåæêàñêàäíîé ñî- ãëàñóþùåé öåïè, íåçíà÷èòåëüíî ìåíÿëàñü ëèøü íåîáõîäèìàÿ ãëóáèíà ÎÎÑ ( ).sL Íà ðèñ. 4 ïî- êàçàíû ÷àñòîòíûå çàâèñèìîñòè ýêâèâàëåíòíîé òåìïåðàòóðû øóìîâ óñèëèòåëÿ ( )nT ñ íåïîñ- ðåäñòâåííûì êàñêàäèðîâàíèåì, ñ èíäóêòèâíî- ñòüþ íà âõîäå âòîðîãî êàñêàäà è ñ Ã-îáðàçíîé ìåæêàñêàäíîé öåïüþ. Íà ðèñ. 1 äîïîëíèòåëü- íûå ýëåìåíòû âêëþ÷àþòñÿ â ðàçðûâ, îáîçíà- ÷åííûé òî÷êîé �À�.  öåíòðå ðàáî÷åãî äèàïàçî- íà nT âñåõ âàðèàíòîâ óñèëèòåëåé ïðèáëèçèòåëü- íî (ñ òî÷íîñòüþ äî ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèé) îäèíàêîâû. Íà íèçêî÷àñòîòíîì êðàþ äèàïàçîíà nT óñèëèòåëÿ ñ Ã-îáðàçíîé öåïüþ íåñêîëüêî íèæå, îäíàêî ýòîò ïîëîæèòåëüíûé ýôôåêò ñî- ïðîâîæäàåòñÿ óâåëè÷åíèåì çíà÷åíèÿ âõîäíîãî ÊÑÂÍ óñèëèòåëÿ îò 2 â öåíòðå äèàïàçîíà äî 4 íà ÷àñòîòå 500 ÌÃö.  öåëîì øóìîâûå õàðàê- òåðèñòèêè âñåõ âàðèàíòîâ áëèçêè. Óñèëèòåëü ñ ATF36077 èìåë 5smK ≥ òîëü- êî â ñëó÷àå íåïîñðåäñòâåííîãî êàñêàäèðîâà- íèÿ. Èíîå ïîñòðîåíèå ìåæêàñêàäíîé öåïè (èññëåäîâàëèñü 2- è 3-ýëåìåíòíûå êîíôèãóðà- öèè) òðåáîâàëî âíåñåíèÿ ðåçèñòèâíûõ ýëåìåí- òîâ, èíà÷å smK íå ïðåâûøàë 3, à èììèòàíñ- íûé òåñò óñèëèòåëè ïðîõîäèëè òîëüêî ïîñëå èíäèâèäóàëüíîé íàñòðîéêè. Íà ðèñ. 2, 3 ïîêàçàíû ðàñ÷åòíûå è èçìå- ðåííûå õàðàêòåðèñòèêè óñèëèòåëåé ñ íåïîñ- ðåäñòâåííûì êàñêàäèðîâàíèåì. Òàì æå îòî- áðàæåí ðàñ÷åòíûé âêëàä øóìîâ âòîðîãî êàñ- êàäà. Ëåãêî âèäåòü, ÷òî â óñèëèòåëå ñ ATF36077 øóìû âòîðîãî êàñêàäà óâåëè÷èâà- þò îáùóþ øóìîâóþ òåìïåðàòóðó íå áîëåå ÷åì íà 3 %.  óñèëèòåëå ñ ATF34143 âêëàä âòîðî- ãî êàñêàäà áîëüøå, îäíàêî íå ïðåâûøàåò 10 % â áîëüøåé ÷àñòè ðàáî÷åãî äèàïàçîíà. Íåêîòî- ðîå ïðåâûøåíèå èçìåðåííîãî çíà÷åíèÿ nT íàä ðàñ÷åòíûì óðîâíåì (ðèñ. 3) ìîæíî îáúÿñíèòü âëèÿíèåì öåïè ñìåùåíèÿ, íå ïîêàçàííîé íà ïðèíöèïèàëüíîé ñõåìå. Äåôèöèò ñâåäåíèé î âíåïîëîñíîé óñòîé- ÷èâîñòè îïèñàííûõ â ëèòåðàòóðå ÌØÓ çàò- ðóäíÿåò êîëè÷åñòâåííîå ñðàâíåíèå ýôôåêòèâ- íîñòè íàøåãî ïîäõîäà è ïðåäëîæåííûõ ðàíåå ñõåìîòåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé. Òåì íå ìåíåå ñ÷è- òàåì óìåñòíûì óêàçàòü íà êîíñòðóêòèâíóþ ïðîñòîòó è î÷åâèäíóþ âîñïðîèçâîäèìîñòü îïèñàííîãî âûøå ìåòîäà îáåñïå÷åíèÿ óñòîé- ÷èâîñòè, à òàêæå îòìåòèòü ñîîòâåòñòâèå ðåà- ëèçîâàííûõ øóìîâûõ õàðàêòåðèñòèê ëó÷øèì ìèðîâûì ðåçóëüòàòàì, îïóáëèêîâàííûì íà äàííûé ìîìåíò [9-11]. 7. Âûâîäû  íàñòîÿùåé ðàáîòå èññëåäîâàí ñïîñîá ïîâûøåíèÿ óñòîé÷èâîñòè óñèëèòåëåé íà HEMT, îñíîâàííûé íà íåïîñðåäñòâåííîì êàñêàäèðîâàíèè â ñî÷åòàíèè ñ ìåñòíîé îò- ðèöàòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ. Òåîðåòè÷åñ- êè è ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîäòâåðæäåíà âîç- ìîæíîñòü îáåñïå÷åíèÿ äîñòàòî÷íîé óñòîé- ÷èâîñòè ê ïàðàçèòíîé ãåíåðàöèè âíå ðàáî- ÷åé ïîëîñû ÷àñòîò áåç óùåðáà øóìîâûì õà- ðàêòåðèñòèêàì. Ýôôåêòèâíîñòü ïðåäëîæåí- Ðèñ. 4. Èçìåðåííàÿ çàâèñèìîñòü øóìîâîé òåìïå- ðàòóðû n(T ) îò ÷àñòîòû äëÿ óñèëèòåëÿ ñ ïåðâûì êàñêàäîì íà ATF34143: ñïëîøíàÿ ëèíèÿ � óñèëèòåëü ñ íåïîñðåäñòâåííûì êàñêàäèðîâàíèåì; �òî÷å÷íàÿ� ëèíèÿ � óñèëèòåëü ñ èíäóêòèâíîñòüþ íà âõîäå âòîðîãî êàñêàäà; ïóí- êòèð � óñèëèòåëü ñ Ã-îáðàçíîé ìåæêàñêàäíîé öå- ïüþ. Ïîãðåøíîñòü ñîñòàâëÿåò 2± Ê Ïîâûøåíèå óñòîé÷èâîñòè ìàëîøóìÿùèõ óñèëèòåëåé íà HEMT 325Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ, 2003, ò. 8, ¹3 íîãî ïîäõîäà ïðîäåìîíñòðèðîâàíà íà ïðè- ìåðå øèðîêîïîëîñíûõ (1 2÷ îêòàâû) óñèëè- òåëåé ñâåðõìàëîøóìÿùåãî êëàññà â äåöèìåò- ðîâîì äèàïàçîíå äëèí âîëí. Ëèòåðàòóðà 1. Í. Ç. Øâàðö. Óñèëèòåëè ÑÂ× íà ïîëåâûõ òðàíçè- ñòîðàõ. Ìîñêâà, Ðàäèî è ñâÿçü, 1987, 200 ñ. 2. S. Padin, D. P. Woody, J. A. Stern, H. G. LeDuc, R. Blundell, C.-Y E. Tong, and M. W. Pospieszalski. IEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1996, MTT-44, No. 6, pp. 986-990. 3. J. Angelov, N. Wadefalk, Jorgen Stenarson, Erik Ludvig Kollberg, Piotr Starski, Herbert Zirath. IEEE Trans. Microwave Theory Techn. 2002, MTT-50, No. 6, pp. 1480-1485. 4. S. Weinreb. IEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1980, MTT-28, No. 10, pp. 1041-1054. 5. À. Ì. Êîðîëåâ, Â. Ì. Øóëüãà. Ðàäèîôèçèêà è ðà- äèîàñòðîíîìèÿ. 2003, 8, ¹ 1, ñ. 21- 27. 6. Brian Hughes. IEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1993, MTT-41, ¹2, ñ. 190-198. 7. Agilent Technologies. Low Noise Pseudomorphic HEMTs Technical Data, 2002. 8. À. Ì. Êîðîëåâ. Ðàäèîôèçèêà è ðàäèîàñòðîíîìèÿ. 2002, 7, ¹3, ñ. 273-288. 9. P. S. Smith. IEEE Trans. Microwave Theory Techn. 1996, MTT-44, No. 12, pp. 2328-2333. 10. Agilent Technologies Products Technical Data, 2002. Application Note 1175, pp.1-7. 11. C. Risacher, M. Dahlgren, V. Belitsky. GigaHertz 2001 Symposium. 2001, Nov. 26-27, Lund, Sveden. On Increasing of Stability of HEMT Low Noise Amplifiers A. M. Korolev A method for increasing the stability of HEMT amplifier is described. It is based on direct cas- cading together with a local feedback. The possi- bility of preventing the parasitic oscillations out of the amplifier operation band without sacrific- ing its noise characteristics was confirmed both theoretically and experimentally. The efficiency of the approach suggested was demonstrated with broadband (1 2÷ octave) ultra-LNA.

Схожі ресурси