|
(6)
|
где
ic1 и ic2 токи емкостей корпусов диодов D1 и D2 соответственно.
На
основании (3) и (4) найдем ID1 и ID2. Кроме того, учтем взаимное влияние токов
диодов D1 и D2, которое будет проявляться, когда сопротивление источника
сигнала не равно сопротивлению генератора строб импульсов.
Рис.
2
Выражение
для ik1 и ik2 примет следующий вид:
где
Система
уравнений (7), (8), (12), (13), (14) решается численным методом.
3. Характеристика нелинейности выходного сигнала
стробпреобразователя
Численное
решение для стробпреобразователя с треугольным стробимпульсом и следующими
параметрами диодов: сек.,
, С - емкость корпуса
диода 0,3 пФ, L - индуктивность диода Гн, Rd - сопротивление базы диода 2 Ом,
показывает заметную зависимость нелинейности от частоты преобразуемого сигнала.
Для высоких уровней сигнала (порядка 1 В) нелинейность уменьшается с частотой.
Уменьшение емкости конденсатора преобразователя приводит к уменьшению уровня
нелинейности, так как при длительности стробимпульса 75 пс и емкости 0,5 пф
нелинейность в диапазоне от 10 МГц до 3 ГГц 0,3-0,5% , то при емкости 2 пф
0,5-0,7. Увеличение длительности стробимпульса ведет к уменьшению нелинейности,
но и к уменьшению коэффициента передачи на высоких частотах, а также к
появлению ярко выраженного минимума нелинейности (рис.3, 4). При низком уровне
сигнала график зависимости нелинейности представляет собой сложную кривую,
имеющую несколько минимумов и максимумов.
На
рис. 3 и 4 приведены графики нелинейности стробпреобразователя при воздействии
сигнала в 1 В и 0,5 В для разных емкостей конденсатора преобразователя.
Рис.
4 Нелинейность преобразователя (напряжение сигнала 0,5 В)
Для
уменьшения нелинейности при высоких уровнях сигнала необходимо использовать
цифровую обработку сигнала, поступающего с выхода преобразователя. Для
сглаживания коэффициента передачи с помощью численного моделирования
подбирается соответствующая корректировочная функция. Для кольцевого диодного
стробпреобразователя наиболее простая и подходящая , где - частота сигнала, - вносимый стробпреобразователем фазовый сдвиг,
k0 и k1 - эмпирически найденные или подобранные с помощью численного
моделирования коэффициенты. Далее значение выходного сигнала умножается на
значение корректировочной функции. На рис. 3 показан график нелинейности
стробпреобразователя с длительностью стробимпульса 50 пс при воздействии
сигнала 1 В с цифровой обработкой сигнала, где k0=0,013625, k1 = 1,625*10-12.
На рис. 4 показан аналогичный график для напряжения сигнала 0,5 В. Коэффициенты
k0 и k1 зависят также от значения сигнала. Но эта зависимость для высоких
уровней сигнала, где целесообразно применять такие цифровые фильтры из-за
относительно большой нелинейности (0,1-1% ), может быть выражена достаточно
просто - линейной функцией.
4. Заключение
В
отличие от [1] в модели стробпреобразователя с инерционными диодами нелинейность
выходного сигнала зависит от частоты входного сигнала, и эта зависимость сильно
проявляется на частоте более 1 ГГц. Поэтому при разработке
стробпреобразователей, работающих на частотах свыше 1 ГГц, необходимо
использовать модель стробпреобразователя с инерционными диодами. Высшие
гармоники выходного сигнала возникают за счет нелинейности вольтамперной
характеристики диода, что было учтено в [1], и влияния тока ik , эти гармоники
складываются, что может приводить либо к уменьшению нелинейности, либо к увеличению.
Список литературы
Жилин
Н.С., Майстренко В.А. Метрологические аспекты преобразования частоты // Томск.:
Изд-во Томск. ун-та, 1986.
Sparkes J.J., Beaufou R. The junction Transistor as a Charge
Controlled Device // Proc. IRE. 1957. December. p. 1740.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.omsu.omskreg.ru/