8.9. Заключительные замечания

Шум в генераторах с отрицательной проводимостью - сложное явление. При полном аналитическом решении задачи следует учитывать взаимодействие между различными шумовыми частотами и между шумом и несущей частотой, а также следует включать в рассмотрение все гармоники, возникающие в результате этих нелинейных взаимодействий. Получить такое

Частота

Рис. 8.4. Схематическое изображение формы спектральных плотностей АМ-шума (сплошная линия) и ЧМ-шума (штриховая линия), описываемых выражениями (8.39) и (8.43) соответственно. Кривые симметричны относительно частоты собственных колебаний.

решение невозможно, но даже если бы оно и было получено, это принесло бы, наверное, мало пользы. Если бы его когда-нибудь получили, оно, наверное, было бы длинным и сложным, но отличалось бы от раосмотренного решения лишь незначительными подробностями.

Исследование, описанное выше и в приложении 5, позволяет проникнуть в суть наиболее существенных сторон влияния нелинейности на шум. В этом контексте важно явление взаимодействия шума с собственными колебаниями, которое сдвигает некоторые шумовые компоненты в интересующую нас частотную полосу. Эти вновь появившиеся компоненты удваивают величину проводимости схемы (т. е. уменьшают вдвое добротность) в случае АМ-шума и целиком исключают проводимость схемы в случае ФМ-шума. Таким образом, спектр АМ-щума расширяется из-за нелинейности, в то время как ФМ-спектр занимает очень узкую полосу. Крылья этих спектров одинаковы по уровню, так как на частотах вне окрестности несущей частоты оба спектра определяются реактивными компонентами схемы, которые не зависят от нелинейности ван-дер-Поля. . . , .

Теория шума генератора, рассмотренная выше, - сравнительно упрощенная, она предполагает наличие LRC-контура с единственным резонансом и нелинейной проводимостью. В действительности схемы генератора колебаний могут быть более сложными, чем эта, и содержать, например, реактивность или несколько нелинейных элементов. Такие схемы находятся вне сферы нашего рассмотрения, цель которого - выявить основные особенности шума генератора. Более того, усложненные схемы обычно не поддаются аналитическому рассмотрению и должны исследоваться с использованием метода компьютерного моделирования; Пример такого исследования содержится в работе [14].

ЛИТЕРАТУРА

1. J. R. Ashley, F. М. Palka (1970), Noise properties and stabilization of Gunn and avalanche oscillators and amplifiers, GMTT Int. Microwave Symp. Dig., pp. 161-164.

2. J. R. Ashley, C. B. Searles, F. M. Palka (1968), The measurement of oscillator noise at microwave frequencies, IEEE Trans. Microwave Theory Tech. (special issue on noise), MTT-16, 753-760.

3. W. A Edson (1960), Noise in oscillators, Proc. IRE, 46, 1454-1466.

4. E. A. Faulkner, M. L. Meade (1968), Flicker noise in Gunn diodes. Elect. Lett., 4, 226-227.

5. M. Garstens (19,57), Noise in попгИпеаг oscillators, J. AppL Phys., 28, 352-356. -

6. J. Josenhans (1966), Noise spectra of Read diode arid Gunn oscillators, Proc. IEEE (LetL), 54, 1478-1479.

7. K. Kurokawa (1966), Noise in synchronized oscillators, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., MTT-16, 234-240. .

8. K. Kurokawa (1969), Some basic characteristifcs of broadband negative resistance oscillator circuits. Bell Syst. Tech.- J., 48, 1937-19S6.

9. J. A. Mullen (I960), Background noise in non-linear oscillators, Proc. IRE. 48. 1467-1473.

10. M. Ohtomo (1972), Experimental evaluation of noise parameters in Gunn and avalanche oscillators, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.. MTT-20, 425- 437.

11. F. N. H. Robinson (1959), Nuclear resonance absorption circuit, L ScL Instrum.. 36, 481-487.

12. F. N. H. Robinson (1962), Noise in Electrical Circuits, Oxford University Press, Chapter 8.

13. F. N. H. Robinson (1974), Noise and Fluctuations in Electronic Devices and Circuits, Oxford University Press, Chapter 18.

14. J. F. Sautereau, J. Graffeuil, J. C. Martin (1981), Time domain large signal noise modelling in microwave oscillators, Proc. Sixth International Conference on Noise in Physical Systems, National Bureau of Standards, Gaithersburg, Maryland, USA. April 6-10, 1981. pp. 47-50.

15. E. F. Scherer (1968), Investigation of the noise spectra of avalanche oscillators, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.. MTT-16, 781-78ё.

16. В. van der Pol (1927), Forced oscillations in a circuit with a non-linear resistance, PhiL Mag. Series 7, 3, 65-80.

17. B. van der Pol (1934), The non-linear theory of electric oscillators, Proc. IRE. 22, 1051-1086.

Туннельные диоды

и параметрические усилители

9.1. Введение

Туннельный диод - это р - п-переход, в котором объемные области вырождены вследствие очень высоких концентраций примесей. Две составляющие туннельного тока протекают через переход в противоположных направлениях, и в обеих составляющих присутствует целиком дробовой шум. У вольт-амперной характеристики туннельного диода имеется область отрицательного сопротивления прн малых прямых смещениях. Это можно использовать для получения усиления. Коэффициент шума такого усилителя зависит от последовательного сопротивления объемных областей диода, величины отрицательного сопротивления и эквивалентной проводимости теплового шума, соответствующей величине дробового шума в туннельном токе.

Отрицательное сопротивление служит также основой параметрического (с изменяющимся параметром) усиления. В этом случае отрицательное сопротивление появляется в результате нелинейного взаимодействия между сигналом и накачкой высокой частоты. Смесительным элементом, как правило, служит нелинейная проводимость р - п-перехода с обратным смещением. Параметрические усилители являются узкополосными высокочастотными усилителями, обычно работающими в диапазоне СВЧ. Вообще говоря, они обладают большим шумом, но значительно дешевле, чем мазеры, и обладают меньшим шумом, чем усилители бегущей волны, хотя у последних шире полоса и больше усиление. Важный вклад в шумы параметрического усилителя вносит тепловой шум в холостом контуре на разностной частоте между частотами накачки и сигнала: это эквивалентно появлению в контуре сигнала шумового генератора тока с частотой сигнала, мощность которого пропорциональна величине отрицательной проводимости.

9.2. Туннельный диод

Туннельный диод содержит р - п-переход, в котором обе объемные области так сильно легированы примесями, что становятся вырожденными. На рис. 9.1 показана структура энергети-