Остановимся более подробно на допустимом диапазоне значений Aw = w1 - w2. Одно из преимуществ двухтонового метода измерений заключается в возможности наблюдать на экране анализатора спектра одновременно и основные тона, и их комбинационные составляющие, что значительно облегчает настройку измерительной системы. С этой точки зрения значение Лео должно быть достаточно малым по сравнению с полосой обзора анализаторов спектра, используемых в этом частотном диапазоне. Уменьшать Дсо целесообразно и по другой причине. Свойства транзистора усиливать сигнал изменяются с частотой. При значительном увеличении А(о каждый тон может усиливаться по-разному, что не позволит сделать правильные выводы о линейных свойствах транзистора.

Основным препятствием к уменьшению Асо является трудность построения двухтонового генератора с высокой стабильностью частоты каждого тона (см. § 3.10). Кроме того, не меньшую трудность при измерении представляет необходимость поддерживать равенство амплитуд обоих тонов. Покажем, что произойдет, если при измерениях не выполняется условие (3.9). Как известно, нелинейный четырехполюсник, которым можно описать поведение транзистора, может быть в первом приближении охарактеризован следующей зависимостью выходного напряжения от входного:

uUt) =kiubx(t) +k2u2x(t)+..knUr), (3.17) где члены ряда убывают с возрастанием их порядкового номера.

Из формулы (3.17) с учетом выражения (3.14) можно получить формулы для определения амплитуд симметричных составляющих третьего и пятого порядков (если для простоты ограничиться числом п =5):

2.,-,„, = 0,7Ы,и\иг +1,2bkJJ\U\ +125kp\Ut; (3.18)

„,-„, -=0,76ft,t/1t/,+ l,2Sftjy,U*,+ 1,25* ,; (3.19) U3„, 0№W\U\;(3.20)

,-s«, = °.625AtU\{;,(3.21)

Из формул (3.18) и (3.19) [а также (3.20) и (3.21)] следует, что при возрастании амплитуды какого-либо одного тона величина U2w1-w2 перестанет быть равной U2w2-w1, a величина U3w1-2w2 ж будет равняться u3w2 -2со . На практике это будет означать увеличение погрешности измерений комбинационных составляющих в спектре выходного сигнала (см. § 3.10).

3.6. ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

В предыдущих параграфах мы рассмотрели методы измерения энергетических параметров, предполагая, что эти измерения не взаимосвязаны. Однако, как показывает практика, режимы, соответствующие наилучшим значениям Kdo и М3, измеренным в отдельности, различны. Так, максимальное значение кур (по) (для простоты чтения в дальнейшем индекс «по» опускается) достигается в режиме, характеризующемся сравнительно небольшими токами и достаточно большими мгновенными напряжениями на коллекторе в то время, как режим наименьшего значения М3 характеризуется значительно большими токами коллектора и практически отсутствием перегрузок по напряжению на коллекторе. Иными словами можно сказать, что эквивалентные сопротивления генератора и нагрузки, при которых достигаются наилучшие значения параметров KyP и M3, различны [29 - 31].

Для разработчика информация о значениях параметров, полученных в различных, не связанных между собой режимах, не имеет практической ценности. Для проектирования аппаратуры необходимо знать значения KTO и Мз, измеренные в одном режиме при определенном уровне отдаваемой мощности, Это означает, что измерение энергетических параметров транзисторов должно проводиться в одном режиме. Следует отметить, что подобная ситуация характерна и для генераторных транзисторов, для которых измеряются KTO и пк в одном режиме при определенном значении Рвых, и для малошумящих приборов, для которых одновременно измеряются Km и KTO.

Для линейных транзисторов положение еще более усложняется, так как режимы наилучших значений KTO и мз существенно различны и, кроме того, они зависят не только от уровня сигнала, но и от условий измерения на входе и выходе транзистора как на основной частоте, так и на частотах высших гармоник. Условимся характеризовать каждый режим уровнем мощности рвых и комплексными сопротивлениями zr3ks и z. Пусть наилучшему значению кур соответствуют сопротивления zraKB1 и zHKB1, а наилучшему значению

Mз - zrKB2 и z. Если предположить, что на параметры транзистора установлены нормы, соответствующие наилучшим значениям кур и м3, то выпуск таких приборов был бы невозможен, так как сочетание этих значений в одном режиме получить нельзя. Если же уменьшить нормы на параметры кур и м3, то появятся определенные области режимов, отвечающие установленным нормам на каждый параметр. Проиллюстрируем это графическим построением областей сопротивлений, например, для Z,-., выполненных на комплексной плоскости.

Рис. 3.7. Области сопротивлений для 2г.экв = =f(Kур, М3):

1 - область тахКур; 2 - область minM3; 3 - область оптимальных режимов; 4 - область минимального отраженного сигнала на входе

Рис. 3.8. Области сопротивлений для 7г.экв - =f(KУр, М3):

1 - область тах Кур; 2 - область minM3; 4 - область минимального отраженного сигнала на входе измерительной схемы

На рис. 3.7 и 3.8 показаны две области значений гг.экв, соответствующие определенным нормам на кур и м3, причем на рис. 3.7 эти области пересекаются, а на рис. 3.8 такого пересечения нет. Это означает, что в первом случае существует общая область сопротивлений, позволяющая обеспечить необходимые значения параметров, а во втором - такой области нет, т. е. выпуск приборов невозможен. Такое же построение можно выполнить и для 7нэкв (рис. 3.9), указав также область, общую для значений кур и Af3, соответствующую заданным нормам. Следует отметить, что размеры и положение области на комплексной плоскости для 2г.экв и 2нэкв взаимозависимы. Это означает, что положение общей области для 2гэкв зависит от значений 2нэюв при котором оно было получено, и наоборот (рис. 3.10 и 3.11). Такая зависимость существенно усложняет поиск общей области. Если к этому добавить, что у каждого транзистора из-за разброса энергетических параметров имеются свои области, удовлетворяющие требуемым нормам, то станут очевидными трудности, стоящие при измерении энергетических параметров линейных транзисторов в условиях производства.

Рис. 3.9. Области сопротивлений для гн.экв: 1 - область тахкур, 2 - область minM3; 3 - область оптимальных режимов

Рис. 3.10. Области оптимальных сопротивлений для гг.экв при разных значениях гн.экв на частоте измерений w

Обратимся теперь к особенностям измерения энергетических параметров. Поскольку практически невозможно рассчитать или каким-либо другим способом определить сопротивления, которые должны быть установлены на входе и выходе каждого транзистора перед измерением параметров, остается лишь

экспериментальный путь нахождения необходимых значений zraKB и 2н.экв. Он может быть трудным или легким в зависимости от размеров общей области (см. рис. 3.7, 3.9 и 3.12). Естественно, что чем больше эта область, тем легче ее найти в процессе измерений. Возможны различные пути расширения этих областей. Один из них - это снижение норм на параметры, что нежелательно. Другой путь - расширение у транзисторов области оптимальных сопротивлений, которая легко находилась бы при измерениях. Этот путь определяется технологическими и конструктивными особенностями изготовления транзисторов, и соответственно нормы на параметры устанавливаются с учетом обеспечения возможности выпуска транзисторов. Однако из-за того, что никогда неизвестно заранее, существует ли у данного транзистора область оптимального режима или она отсутствует и следует ли затрачивать время на ее поиск или нет, в производстве идут на определение потери, измеряя всю партию транзисторов при одних и тех же сопротивлениях zr.3ke и Z. Это обстоятельство является основной особенностью измерения энергетических параметров транзисторов данного класса.

Рис. 3.11. Области оптимальных сопротивлений

Рис. 3.12. Области оптимальных сопротивлений для z,™ при разных значениях zн.экв на частотах,„ /п „ „

« v vгн.экв при разных значениях Рвых (рвых1 >р вых2 > Р

больших w(2w)

Ответим на вопрос: как находится необходимая пара значений и Zн,кэв или (как будет показано далее) как осуществляется фиксированная настройка согласующего устройства? Как правило, эта настройка определяется при разработке транзисторов путем экспериментального подбора сопротивлений для партии. Вначале настраиваются на получение наибольшего значения Кур. Далее с помощью анализатора спектра производится настройка на заданный уровень значений М3. Если транзисторы обладают достаточными запасали по параметрам, то двумя-тремя пробами удается подобрать такую настройку входной и выходной цепей, при которой основная масса из партии транзисторов окажется годной по установленным нормам. Вслед за этим полученная настройка фиксируется, и в дальнейшем именно она используется для измерения энергетических параметров при производстве.

3.7. СОГЛАСУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Как уже было сказано, понятие согласования не может быть применимо при описании работы мощного ВЧ транзистора. Однако при дальнейшем рассмотрении мы будем продолжать называть (как это принято в литературе) соответствующее устройство согласующим, хотя правильнее было бы называть его трансформатором сопротивлений. Остановимся коротко на различных вариантах согласующих устройств [32], наиболее распространенные примеры которых приведены на рис. 3.13. По вариантам включения элементов различают Г, Т и П-образные схемы согласующих устройств.

В процессе производства, где энергетические параметры измеряются в определенном выбранном устройстве при фиксированной настройке не имеет значения, какой из вариантов устройства используется в измерительной установке. Однако, когда предстоит выбрать схему согласующего устройства (например, при разработке нового типа транзистора), правильное решение вопроса помогает быстро провести оптимальную настройку.

Выбор варианта согласующего устройства в первую очередь зависит от того, по какому параметру имеются наименьшие запасы у измеряемого типа транзистора. Даже если каждая из указанных схем может обеспечить одинаковые значения и Z, условия работы по высшим гармоникам обязательно будут различны, что может повлиять на результаты измерений.

В измерительных схемах на рис. 3.13,а и б сопротивления на входе транзистора для высших гармоник (если эти схемы используются только в коллекторной Цепи) будут большими по сравнению со схемой на tpac. 3.13,e и, следовательно, форма тока будет близка к синусоидальной при несинусоидальном напряжении.